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一作兼通訊作者，天才少年曹原又雙叒叕發(fā)Nature！

曹原，相信大家一定都不陌生，那個(gè)開創(chuàng)魔角雙層石墨烯（MATBG）的鬼才，今天又雙叒叕發(fā)Nature了，真牛X！

出道即巔峰！材料界的霸主！一出手即Nature，還有誰?!

再突破！天才少年曹原新年首篇Nature，魔角石墨烯兩層變?nèi)龑樱?/strong>

在具有平坦電子帶的凝聚態(tài)系統(tǒng)，電子之間的庫侖相互作用很容易超越它們的動(dòng)能并產(chǎn)生各種奇特的量子相，包括莫特絕緣體，量子自旋液體和維格納晶體。在這種高度相關(guān)的狀態(tài)下，電子可以自發(fā)地命令自己以使總庫侖能量最小化，但其代價(jià)是增加其動(dòng)能，從而導(dǎo)致某些對(duì)稱性的破壞。這種破碎的對(duì)稱狀態(tài)可以在相對(duì)較高的能量范圍內(nèi)發(fā)生，并充當(dāng)出現(xiàn)在較低能量范圍內(nèi)的相（例如超導(dǎo)）的父狀態(tài)。

此外，當(dāng)系統(tǒng)中存在非平凡的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，強(qiáng)相關(guān)性與基礎(chǔ)拓?fù)渲g的相互作用可能導(dǎo)致物質(zhì)出現(xiàn)新的相。也就是說，扁平帶中的破碎自旋/能谷的味（flavour，夸克和輕子這兩種基本費(fèi)米子可分為24種味）對(duì)稱性是父態(tài)的基礎(chǔ)，從中最終產(chǎn)生相關(guān)基態(tài)和拓?fù)浠鶓B(tài)。了解這種相互作用背后的物理原理可能會(huì)指導(dǎo)我們?cè)O(shè)計(jì)下一代高度相關(guān)的拓?fù)淞孔硬牧稀?/span>

魔角扭曲雙層石墨烯(MATBG) 是一個(gè)獨(dú)特的平臺(tái)，可在高度可調(diào)的平帶系統(tǒng)中研究相互作用驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)兩層石墨烯的小扭轉(zhuǎn)角θ為1.1°時(shí)，在所得到的莫爾超晶格云紋層間雜交重整費(fèi)米速度和在低能量產(chǎn)生扁平帶。在這個(gè)體制中，味對(duì)稱性破壞的微觀機(jī)制及其與低溫相之間的聯(lián)系還不清楚。

有鑒于此，MIT的Jeong Min Park、曹原等人利用同時(shí)進(jìn)行的熱力學(xué)和輸運(yùn)測量，研究了MATBG的破缺對(duì)稱性多體基態(tài)及其非平凡的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。研究人員直接觀察到味對(duì)稱性破壞是莫爾超晶格所有整數(shù)填充處化學(xué)勢(shì)的釘扎效應(yīng)，這證明了味洪特耦合在多體基態(tài)耦合時(shí)的重要性。基本平面帶的拓?fù)湫再|(zhì)在打破時(shí)間反轉(zhuǎn)對(duì)稱性時(shí)得到體現(xiàn)，作者測量了在填充因子為1、2、3時(shí)Chern數(shù)為3、2、1時(shí)的Chern絕緣子態(tài)對(duì)應(yīng)的能隙，這與MATBG的Hofstadter蝴蝶光譜中的味對(duì)稱破損是一致的。

此外，同時(shí)測量電阻率和化學(xué)電勢(shì)提供了奇異金屬狀態(tài)下MATBG隨溫度變化的電荷擴(kuò)散率——以前只有在超冷原子中才發(fā)現(xiàn)過該數(shù)量。該研究結(jié)果使人們更趨近于一個(gè)統(tǒng)一的框架，以了解具有或不具有磁場的MATBG拓?fù)鋷е械南嗷プ饔谩?/span>

相關(guān)結(jié)果以“Flavour Hund’s coupling, Chern gaps and charge diffusivity in moiré graphene”為題于2021年4月1日發(fā)表在Nature期刊上。

圖1：器件結(jié)構(gòu)和化學(xué)勢(shì)測量演示

圖2：MATBG的化學(xué)勢(shì)與溫度和面內(nèi)磁場的關(guān)系

圖3：垂直磁場中MATBG的Chern 帶隙探測

圖4：奇異金屬態(tài)下MATBG的電阻率，電子壓縮率和擴(kuò)散率

Park, J.M., Cao, Y., Watanabe, K. et al. Flavour Hund’s coupling, Chern gaps and charge diffusivity in moiré graphene. Nature 592, 43–48 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03366-w

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