加州大学圣巴巴拉分校Andrea F. Young课题组--扭曲双层石墨烯中的同位旋Pomeranchuk效应

在冷凝物系统中，较高的温度通常不利于有序相，从而导致磁性，超导性和其他现象的临界温度较高。³He的Pomeranchuk效应是一个例外，其中由于顺磁性固相的熵大，液态基态在温度升高时会冻结。在这里，我们证明了一种相似的机制描述了魔角扭曲双层石墨烯中自旋和波谷同位旋的有限温动态。值得注意的是，在超晶格填充因子-1附近，高温时电阻率出现峰值，而在低温极限时则没有出现相应的相。倾斜磁场的磁输运和面内磁矩的热力学测量表明，电阻率峰值与一个有限场的磁相变有关，在这个相变时，系统会产生有限的同位旋极化。这些数据表明了一种Pomeranchuk型机制，在这种机制中，相对于同位旋未极化的费米液相，铁磁相中的无序同位旋矩的熵在更高的温度下使相稳定。我们发现，以玻耳兹曼常数为单位的熵为每单胞面积量级时，其可测量分数受与无序自旋的贡献一致的面内磁场抑制。但是，与³He相反，在此过渡过程中没有观察到热力学量的不连续性。该研究发现表明，同位旋刚度较小，对有限温度电子输运的性质，以及双层石墨烯和相关体系中同位旋有序性和超导性的机理都有影响。

Fig. 1 低温和中等温度下的运输对比ν0= -1附近的扭曲双层石墨烯。

Fig. 2 平面磁场稳定的同位旋铁磁。

Fig. 3 Isospin Pomeranchuk效应和自旋熵。

Fig. 4 反电子可压缩性的温度依赖性dμ/dν₀。

相关研究成果于2021年由加州大学圣巴巴拉分校Andrea F. Young课题组，发表在Nature（https://doi.org/10.1038/s41586-021-03409-2）上。原文：Isospin Pomeranchuk effect in twisted bilayer graphene。