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今日Science：魔角雙層石墨烯又有新突破！特殊電子態(tài)的鐵磁轉(zhuǎn)變

研究背景

當(dāng)相鄰兩層石墨烯所成的扭轉(zhuǎn)角恰好等于魔角時(shí)，形成的超晶格平帶使雙層石墨烯轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系。

通過(guò)調(diào)控雙層石墨烯的電子密度，能使該體系發(fā)生相變，即發(fā)生超導(dǎo)態(tài)-金屬態(tài)或絕緣態(tài)的轉(zhuǎn)變。然而，此前的研究卻鮮少涉及特殊電子態(tài)下的鐵磁轉(zhuǎn)變。

成果速遞

今日Science：魔角雙層石墨烯又有新突破！特殊電子態(tài)的鐵磁轉(zhuǎn)變

2019年8月9日，美國(guó)斯坦福大學(xué)的David Goldhaber-Gordon（通訊作者）等發(fā)現(xiàn)，魔角雙層石墨烯在特定的電子密度下轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁態(tài)。該轉(zhuǎn)變發(fā)生于雙層石墨烯的導(dǎo)帶填充率為3/4的電子狀態(tài)附近。

當(dāng)雙層石墨烯的導(dǎo)帶填充率恰好為3/4時(shí)，體系處于絕緣態(tài)。而當(dāng)導(dǎo)帶填充率在3/4附近時(shí)，就能測(cè)得鐵磁體的磁滯回線，并伴有顯著的反常霍爾效應(yīng)，其電阻為10.4 kΩ，并存在手性邊緣態(tài)。

值得注意的是，通過(guò)施加一個(gè)小的直流電，就能使雙層石墨烯的磁化方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。

雖然該體系的反常霍爾效應(yīng)電阻并不是量子化的，且該過(guò)程存在耗散，該工作仍表明，魔角雙層石墨烯可能是一個(gè)早期的陳絕緣體。

該工作以“Emergent ferromagnetism near three-quarters filling in twisted bilayer graphene”為標(biāo)題發(fā)表在國(guó)際頂刊Science上。