石墨最新Nature:多層菱方石墨中的電子相分離

【引言】

對于石墨的兩種穩定形式——六方（hexagonal）和菱方（rhombohedral）來說，前者是普遍存在的且已被廣為研究；而后者由于穩定性相對較差，因此到目前為止除了一些理論預測外缺乏深入的研究。而如今，隨著范德華異質結構技術的發展，人們已經可以制備多達50石墨烯層厚度的高質量菱方石墨，這為進一步研究菱方石墨奠定了良好的基礎。

【成果簡介】

曼徹斯特大學的Artem Mishchenko（通訊作者）等人發表文章證明了菱方石墨的電子態具有能隙（gapped），并且在低溫下的電子輸運是由表面態所決定。由于具有拓撲性質，石墨的表面態足以用來觀測量子霍爾效應。基于這一量子霍爾效應，菱方石墨展現出了在無能隙半金屬相—有能隙量子自旋霍爾相之間的相變現象。研究還發現，通過施加垂直電場來打破鏡面對稱能夠打開表面態中的能隙。不僅如此，厚度小于4納米的菱方石墨甚至還會出現無外加電場激發的能隙開放現象。研究認為，這一自發的能隙開放現象象征著電子相分離，并且應歸因于強關聯電子表面態的出現。2020年08月12日，相關成果以題為“Electronic phase separation in multilayer rhombohedral graphite”的文章在線發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 菱方石墨薄膜的輸運特性

圖2 多層菱方石墨的輸運行為展現出厚度依賴性

圖3 菱方石墨中的量子霍爾效應

圖4 多層菱方石墨絕緣態的遲滯行為

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文獻鏈接：Electronic phase separation in multilayer rhombohedral graphite（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2568-2）

本文由材料人學術組NanoCJ供稿。

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