可视化菱形四层石墨烯中的同位旋磁纹理与谷间交换相互作用

菱形多层石墨烯的可调带结构和非平凡拓扑导致多种关联电子态，其同位旋序（即自旋与谷自由度的联合有序态）由自旋轨道耦合与洪特交换相互作用的竞争所决定。然而，目前尚缺乏映射局部同位旋纹理和确定交换能的方法。本文利用纳米尺度超导量子干涉器件对四层菱形石墨烯中的磁化纹理进行了成像。我们观察到尖锐的磁相变，表明自发时间反演对称性破缺。在四分之一金属相中，自旋矩与轨道矩紧密对齐，为自旋轨道耦合能提供了约束。我们还表明，半金属相具有极小的磁各向异性，这为谷间洪特交换相互作用能提供了实验下限。该值被发现接近其理论上限。解析局部同位旋纹理和不同相互作用能的能力，将有助于更好地理解相变层级以及石墨烯异质结构中由自发和诱导同位旋对称性破缺产生的众多关联电子态。