今日Science：魔角双层石墨烯又有新突破！特殊电子态的铁磁转变

2023年11月13日上午10:19 • 顶刊解读

研究背景

当相邻两层石墨烯所成的扭转角恰好等于魔角时，形成的超晶格平带使双层石墨烯转变为强关联电子体系。

通过调控双层石墨烯的电子密度，能使该体系发生相变，即发生超导态-金属态或绝缘态的转变。然而，此前的研究却鲜少涉及特殊电子态下的铁磁转变。

成果速递

今日Science：魔角双层石墨烯又有新突破！特殊电子态的铁磁转变

2019年8月9日，美国斯坦福大学的David Goldhaber-Gordon（通讯作者）等发现，魔角双层石墨烯在特定的电子密度下转变为铁磁态。该转变发生于双层石墨烯的导带填充率为3/4的电子状态附近。

当双层石墨烯的导带填充率恰好为3/4时，体系处于绝缘态。而当导带填充率在3/4附近时，就能测得铁磁体的磁滞回线，并伴有显著的反常霍尔效应，其电阻为10.4 kΩ，并存在手性边缘态。

值得注意的是，通过施加一个小的直流电，就能使双层石墨烯的磁化方向发生反转。

虽然该体系的反常霍尔效应电阻并不是量子化的，且该过程存在耗散，该工作仍表明，魔角双层石墨烯可能是一个早期的陈绝缘体。

该工作以“Emergent ferromagnetism near three-quarters filling in twisted bilayer graphene”为标题发表在国际顶刊Science上。

图文导读

图一、当双层石墨烯的扭转角度接近于魔角时，测得的反常霍尔效应电阻

图二、当导带填充率接近3/4时，双层石墨烯发生了铁磁转变

图三、扭曲双层石墨烯的手性边缘态

图四、外加直流电改变扭曲双层石墨烯的磁化方向

文献信息

Emergent ferromagnetism near three-quarters filling in twisted bilayer graphene

（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw3780）