研究人员观察到扭曲双层石墨烯的平移对称性破坏

魔角扭曲双层石墨烯是一种由两片石墨烯相互叠置而成的材料，其中一片相对于另一片以精确的 1.05 度扭曲。这种材料已被发现是研究物质不同相的非常有前途的平台，因为它在单晶中结合了金属相、超导相、磁性相和绝缘相。

已知魔角扭曲双层石墨烯支持具有拓扑特性的平坦能带，可以在特定条件下访问。最近的研究发现，强相互作用可以隔离这些拓扑带，使系统能够支持所谓的陈绝缘体基态。在陈绝缘体基态中，材料的大部分是绝缘的，但电子可以沿着边缘传播而不会散热。

哈佛大学、麻省理工学院 (MIT) 和国家材料科学研究所的研究人员最近开展了一项研究，旨在研究扭曲双层石墨烯中的陈绝缘体基态。他们发表在《自然物理学》上的论文提供了证据，证明在这种迷人的材料中存在一系列具有不可预测的陈数的不可压缩状态。

“虽然迄今为止报道的陈绝缘体遵循与自旋谷对称性破坏相对应的简单序列，但我们的论文报告了许多新的陈绝缘体，其中电子 - 电子相互作用破坏了晶格的平移对称性，”研究人员之一安德鲁皮尔斯进行了这项研究，告诉Phys.org。

皮尔斯和他的同事使用扫描单电子晶体管显微镜收集了一系列测量结果。该仪器可以是极其灵敏的本地电荷检测器。

“我们利用显微镜的空间分辨率来识别设备最原始、无障碍的区域，在那里我们观察到电阻率测量中看不到的脆弱拓扑绝缘状态的特征，”合著者谢永龙说。研究。

在他们的实验中，皮尔斯和他的同事们揭示了一系列不可压缩状态，其中观察到的陈数出乎意料地低至零磁场。此外，他们发现其中八个状态的陈数无法被魔角扭曲双层石墨烯中的能带顺序填充的理论所捕获。研究人员表明，这些不寻常阶段的出现可能是平移对称性破坏的结果。

麻省理工学院塞西尔和艾达格林物理学教授 Pablo Jarillo-Herrero 说：“意识到魔角石墨烯中存在不寻常的平移对称性破坏状态，扩展了该系统中相关和拓扑行为的全部内容。” “事实上，这种平移对称性破缺态在量子材料中无处不在，但可以在魔角石墨烯中进行更详细的研究，这可能会导致对其起源有更深入的基本了解，其经验教训可能广泛适用于其他相关材料。”

未来，这组研究人员收集的研究结果可能对魔角扭曲双层石墨烯中陈绝缘体态的研究以及其他材料(如高T c超导体)的对称性破坏具有重要意义。总的来说，这项研究显着扩展了魔角扭曲双层石墨烯的已知相图，并揭示了其中不同相关相之间密切竞争的可能起源。

哈佛大学物理学教授 Amir Yacoby 说：“未来研究的一个重要问题是，破坏平移对称性是有利于还是不利于魔角扭曲双层石墨烯的超导性。” “我们的工作还提出了在魔角扭曲双层石墨烯中发现新的物质拓扑相的可能性，超出了这里报告的状态，特别是那些可能支持奇异类型准粒子的物质。”

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