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研究背景

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

通過調(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，美國斯坦福大學的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帶填充率為3/4的電子狀態(tài)附近。

當雙層石墨烯的導帶填充率恰好為3/4時，體系處于絕緣態(tài)。而當導帶填充率在3/4附近時，就能測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，通過施加一個小的直流電，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?；魻栃?yīng)電阻并不是量子化的，且該過程存在耗散，該工作仍表明，魔角雙層石墨烯可能是一個早期的陳絕緣體。

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

圖文導讀

圖一、當雙層石墨烯的扭轉(zhuǎn)角度接近于魔角時，測得的反常霍爾效應(yīng)電阻

圖二、當導帶填充率接近3/4時，雙層石墨烯發(fā)生了鐵磁轉(zhuǎn)變

圖三、扭曲雙層石墨烯的手性邊緣態(tài)

圖四、外加直流電改變扭曲雙層石墨烯的磁化方向

文獻信息

Emergent ferromagnetism near three-quarters filling in twisted bilayer graphene

（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw3780）

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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