美国普林斯顿大学Ali Yazdani课题组--魔角扭曲双层石墨烯中的强相关Chern绝缘子

电子与其能带拓扑之间的相互作用会产生物质的异常量子相。大多数拓扑电子相出现在电子与电子相互作用较弱的系统中。仅由于强相互作用而出现拓扑阶段的情况很少见，并且大多局限于在强磁场中实现的情况。在魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中发现具有拓扑特征的脂肪电子带，为寻找强相关的拓扑阶段创造了独特的机会。在此，我们通过扫描隧道电子显微镜中引入局部光谱表征技术，发现在MATBG材料中Chern number为C=±1, ±2, ±3时，分别在单位晶格中形成填充因子为±3, ±2, ±1表现的一系列拓扑绝缘态，并且这种拓扑相通过强度适中的磁场稳定。这里检测到的一个相（C = +1）是此前观察到的，当六方氮化硼衬底故意打破MATBG的亚晶格对称性时，相互作用具有次要作用。我们证明，强的电子-电子相互作用不仅可以产生先前观察到的相，而且还可以在MATBG中产生未预料的Chern绝缘相。通过假定强相关性有助于打破时间反转对称性来形成由弱磁场稳定的Chern绝缘子，可以来理解我们观察到的全部相序。我们的发现表明，多体关联可以在莫尔系统中创建拓扑阶段，这超出了弱相互作用模型所预期的阶段。

Fig. 1 200 mK时MATBG中与磁场有关的光谱间隙。

Fig. 2 高度相关的Chern绝缘间隙和ZLL的光谱间隙形态。

Fig. 3 强相关的Chern绝缘相的量化磁场响应。

Fig. 4 使用相互作用诱导的符号转换霍尔丹质量的理论解释。

相关研究成果于2020年由美国普林斯顿大学Ali Yazdani课题组，发表在Nature(https://doi.org/10.1038/s41586-020-3028-8)上。原文：Strongly correlated Chern insulators in magic-angle twisted bilayer graphene。