相互作用驅動的自發對稱破壞是物質許多量子相的核心。在moiré系統中，平坦帶中破缺的旋轉/山谷“favour’”對稱構成了父態，相關基態和拓撲基態，最終由此產生。然而，這種有利于對稱破缺的微觀機制及其與低溫相的聯系尚不清楚。在這里，該文同時進行熱力學和輸運測量，研究了魔角扭曲雙層石墨烯（MATBG）的破缺對稱多體基態及其非平凡拓撲。直接觀察到了摩爾對稱性破缺是moiré超晶格所有整數填充物上化學勢的釘扎固定引起的，這證明了Flavour Hund耦合在多體基態中的重要性。打破時間反轉對稱破缺的情況下，基本平面帶的拓撲性質得以體現，分別在1、2、3處測量了Chern數為3,2,1的Chern絕緣子態對應的能隙，這與MATBG的Hofstadter 蝴蝶光譜的味對稱破損是一致的。此外，電阻率和化學勢的同步測量提供了奇異金屬狀態下MATBG 隨溫度變化的電荷擴散率——以前只有在超冷原子中才發現過該數量。該研究結果使人們更趨近于一個統一的框架，以了解具有或不具有磁場的MATBG拓撲帶中的相互作用。
Fig. 1 化學勢測量的器件結構及演示。
Fig. 2 MATBG的化學勢與溫度和面內磁場的關系。
Fig. 3 垂直磁場中MATBG的相關Chern間隙的探測。
Fig. 4 奇異金屬狀態下MATBG的電阻率、電子壓縮系數和擴散系數。
相關研究成果由美國麻省理工學院的曹原(通訊兼第一作者)和Pablo Jarillo-Herrero等研究者，發表在Nature（https://doi.org/10.1038/s41586-021-03366-w）上。原文：Flavour Hund’s coupling, Chern gaps and charge diffusivity in moiré graphene。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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