Nature | 扭曲的石墨烯模型表现出复杂的电子行为
发布时间：
2022-08-19
北京大学和普林斯顿大学的两名研究人员发现，扭曲石墨烯的激发谱参数与重费米子模型的属性直接对应。在他们发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上的论文中，Zhi-Da Song 和 B. Andrei Bernevig 描述了建立一个模型来展示 Bistritzer-MacDonald 模型的各个方面，然后用它来演示扭曲双层石墨烯的特性。Paul Scherrer 研究所的 Aline Ramires 在 Nature 上发表了一篇新闻与观点文章（doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-02108-w），概述了Bernevig 和 Song 的工作。
拓扑重费米子模型。(a) MATBG及其重费米子模拟物moiré单元的示意图，其中局域矩和流动电子分别由AA -堆积区域和拓扑导通带(c) 上的有效 f 轨道形成。(b) 魔角θ=1.05°时BM模型的能带结构，其中moiré BZ和高对称动量如图所示。Bloch状态和试验wf之间的重叠部分用红圈表示。所构造的最大局域WFs (f轨道)的密度分布显示在下面的嵌板中。(c)拓扑重费米子模型给出的谱带(黑线)与BM谱带(蓝叉)比较。在解耦极限中的c(蓝色)和f(红色)带，其中γ=v '百科=0，显示在插图中。橙色虚线表示f - c耦合开启时能级的演化。资料来源: Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.047601
石墨烯是一种平面的二维碳片，是一个值得研究的课题。四年前的一项研究工作涉及将一层石墨烯放在另一层之上，然后扭转最上面的一层。经过反复试验，这些研究人员发现将顶层石墨烯片层扭曲一定角度（1.05度）会导致超导体的产生。研究人员将这个扭曲角度称为“魔角”。从那时起，其他研究人员一直在研究以魔角排列的扭曲双层石墨烯的属性。在这项新工作中，研究人员研究了它的激发光谱，发现它与费米子模型的参数相对应。
之前的研究表明，在正确的方向上扭曲的双层石墨烯具有一些独特的特性——例如，一组电子会四处移动，这就解释了它的导电性。但另一组电子保持不变。这种材料的两种相互矛盾的特性使科学家能够将样品推到绝缘体和超导体之间。
为了更好地理解为什么会发生这种情况，Song 和 Bernevig 创建了一个系统模型，然后用它来进行描述材料行为的精确计算。他们发现，与重费米子材料相比，他们能够描述扭曲双层石墨烯的结构。更多的工作表明，材料的参数直接对应于重费米子模型的参数。重费米子物质是那些位于元素周期表底部的物质。
相关文献：
Zhi-Da Song et al, Magic-Angle Twisted Bilayer Graphene as a Topological Heavy Fermion Problem, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.047601
Aline Ramires, Twisted-graphene model draws inspiration from heavy elements, Nature (2022). DOI: 10.1038/d41586-022-02108-w
来源：公众号【Carbontech】
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