探秘石墨烯 /hBN 莫尔超晶格:拓展量子反常霍尔态的新突破

【字体: 时间:2025年01月23日 来源:Nature 50

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  为探究拓扑平带电子相关效应,研究人员开展了关于石墨烯 /hBN 莫尔超晶格的研究。他们在多层器件中观测到更多分数量子反常霍尔(FQAH)态等,还发现新的扩展量子反常霍尔(EQAH)态。这丰富了拓扑平带材料的量子现象。

  拓扑平带中的电子能够在关联效应的驱动下形成全新的拓扑态。五层菱形石墨烯 / 六方氮化硼(hBN)莫尔超晶格在约 400 mK 的温度下被证实存在分数量子反常霍尔效应(FQAHE),这引发了学界对其底层机制以及莫尔效应作用的热烈讨论。特别是,有研究提出了具有非平凡拓扑结构的新型电子晶体态。
此次研究对菱形五层和四层石墨烯 /hBN 莫尔超晶格进行了电子温度低至 40 mK 以下的电输运测量。在五层器件中,观测到了两种更多的分数量子反常霍尔(FQAH)态,且 Rxx值比之前报道的更小。在新的四层器件中,在莫尔填充因子 v = 3/5 和 2/3 时观测到了 FQAHE。在基温下通过小电流,观测到了一种新的扩展量子反常霍尔(EQAH)态以及磁滞现象,此时 Rxy = h/e2,并且 Rxx趋近于零,这种状态在 v 从 0.5 到 1.3 的较宽范围内存在。当温度升高或电流增大时,EQAH 态消失,部分转变为 FQAH 液体。此外,还观测到了位移场诱导的从 EQAH 态到费米液体、FQAH 液体以及可能的复合费米液体的量子相变。这些观测结果确立了一种零磁场下具有量子化霍尔电阻的新型电子拓扑相,丰富了具有拓扑平带材料中的涌现量子现象。

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