曼彻斯特大学Artem Mishchenko课题组--多层菱面石墨中的电子相分离

在石墨的两种稳定形式(六角形和菱面体)中，前者更为常见，并且已经进行了广泛的研究。后者的稳定性较差，尽管有许多关于外来相互作用引起的物理学理论预测，但迄今为止，关于它详细的研究还未进行。现在，范德华异质结构技术的进步使我们能够制造厚达50个石墨烯层的高质量菱形面石墨膜，并研究其传输性能。在这里，我们证明了这种菱面体石墨中的体电子态是有间隙的，并且在低温下，电子传输受表面态支配。由于其拓扑性质，表面态具有足够高的质量以观察量子霍尔效应，由此，菱面体石墨在无间隙半金属相和具有巨大贝里曲率的带隙量子自旋霍尔相之间表现出相变。我们发现，通过施加垂直电场打破表面态的反对称性，也可以在表面态中打开能隙。此外，在厚度小于4纳米的菱形石墨中，即使没有外部电场，也会存在间隙。这种自发的间隙开口显示出明显的磁滞现象和电子相分离的其他特征，我们将其归因于强相关的电子表面态的出现。

Fig. 1 RG薄膜的|输运特性。

Fig. 2 厚度与多层RG传输特性的相关性。

Fig. 3 RG中的量子霍尔效应。

Fig. 4 多层RG中绝缘状态的迟滞行为。

相关研究成果于2020年由曼彻斯特大学Artem Mishchenko课题组，发表在Nature (https://doi.org/10.1038/s41586-020-2568-2)上。原文：Electronic phase separation in multilayer rhombohedral graphite。