最新Science:石墨烯中的螺旋量子霍爾相

【引言】

理論研究普遍認為，電中性石墨烯基態在正交磁場中能夠成為具有鐵磁有序性、螺旋邊緣通道的量子霍爾拓撲絕緣體。然而，由于電子-電子作用能夠驅動系統產生競爭態，往往需要超高強度的磁場以及復雜細微的操作手段才能觀察到鐵磁體效應，因此通過實驗實現石墨烯體磁體目前依然存在著巨大的困難。

【成果簡介】

法國格勒諾布爾大學的Benjamin Sacépé（通訊作者）等人另辟蹊徑，繞過增強磁場的方法，改采用將石墨烯樣品放置在能夠有效屏蔽電子-電子作用的特殊基質上的手段，實現了鐵磁性的拓撲絕緣體。研究報道了具有高介電常數的鈦酸鍶能夠屏蔽庫侖相互作用，從而作為基質能夠調控石墨烯朗道能級基態轉變成拓撲相。利用這一方法，研究在1特斯拉的低磁場和110開爾文的高溫中實現了顯著的螺旋邊緣輸運。研究還認為，這一石墨烯平臺能夠在自旋電子學和拓撲量子計算等領域發揮作用。2020年02月14日，相關成果以題為“Helical quantum Hall phase in graphene on SrTiO3”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 石墨烯中的自旋極化鐵電相

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圖2 低磁場下的量子自旋霍爾效應

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圖3 非局域螺旋邊緣輸運

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圖4 螺旋邊緣輸運相圖

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文獻鏈接：Helical quantum Hall phase in graphene on SrTiO3（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aax8201）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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