研究透视：莫尔石墨烯 | Science|磁场|量子|能带

发布日期：2025-01-04 13:58    点击次数：102

　　基于电子回旋轨道量子化的量子振荡，可用于有效诊断电子能带和相互作用。近日，以色列 魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）Matan Bocarsly，Matan Uzan，Indranil Roy，Eli Zeldov等，美国 麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）Leonid S. Levitov等，在Science上发文，报道了在莫尔石墨烯中，因de Haas–van Alphen效应引起热力学磁化振荡的纳米尺度成像。基于超导量子干涉器件superconducting quantum interference device (SQUID)扫描-在Bernal双层石墨烯晶轴与六方氮化硼对齐的尖端，揭示了在弱磁场中，振幅达到每个电子500个玻尔磁子的较大磁化振荡，出乎意料的低频率，以及对超晶格填充分数的高灵敏度。这一量子振荡，可用于重建复杂的能带结构，进而揭示了具有多个重叠费米面的窄莫尔带，这些费米面被异常小的动量间隙隔开。还确定了一组量子振荡，并违反了教科书中的昂萨格费米面Onsager Fermi 求和规则，这表明了由相干磁击穿引起的宽带粒子-空穴叠加态形成。　　De Haas–van Alphen spectroscopy and magnetic breakdown in moiré graphene.De Haas–van Alphen光谱和莫尔石墨烯的磁击穿。图1. 在六方氮化硼hBN对齐的伯纳尔堆叠双层石墨烯Bernal-stacked bilayer graphene，BLG中，传输测量。图2. de Haas–van Alphen (dHvA)效应成像。图3.de Haas–van Alphen (dHvA)量子振荡quantum oscillations (QOs)，随N和位置的演变。图4. 伯纳尔堆叠双层石墨烯BLG-六方氮化硼hBN的能带结构band structure，BS和量子振荡QOs。图5. 相干磁击穿计算。　　二维范德华材料表现出了莫尔效应，通常具有复杂的电子能带结构。为了研究，可以施加磁场，并寻找传输特性中的量子振荡。诸如磁化强度之类的热力学性质，也应该表现出量子振荡，但在通常非常小的2D材料样品中，这些是难以检测的。　　该项研究，利用非常灵敏的磁力计（一种超导量子干涉装置）放置在移液管pipette锋利顶端，扫描了莫尔石墨烯样品。结果探测到了磁化振荡的模式，并利用这些数据重建了复杂的能带结构。　　文献链接　　Matan Bocarsly et al. , De Haas–van Alphen spectroscopy and magnetic breakdown in moiré graphene. Science 383, 42-48 (2024).　　DOI: 10.1126/science.adh3499　　https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh3499　　来源：今日新材料