Nature | 扭曲的石墨烯模型表現出復雜的電子行為
發布時間：
2022-08-19
北京大學和普林斯頓大學的兩名研究人員發現，扭曲石墨烯的激發譜參數與重費米子模型的屬性直接對應。在他們發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的論文中，Zhi-Da Song 和 B. Andrei Bernevig 描述了建立一個模型來展示 Bistritzer-MacDonald 模型的各個方面，然后用它來演示扭曲雙層石墨烯的特性。Paul Scherrer 研究所的 Aline Ramires 在 Nature 上發表了一篇新聞與觀點文章（doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-02108-w），概述了Bernevig 和 Song 的工作。
拓撲重費米子模型。(a) MATBG及其重費米子模擬物moiré單元的示意圖，其中局域矩和流動電子分別由AA -堆積區域和拓撲導通帶(c) 上的有效 f 軌道形成。(b) 魔角θ=1.05°時BM模型的能帶結構，其中moiré BZ和高對稱動量如圖所示。Bloch狀態和試驗wf之間的重疊部分用紅圈表示。所構造的最大局域WFs (f軌道)的密度分布顯示在下面的嵌板中。(c)拓撲重費米子模型給出的譜帶(黑線)與BM譜帶(藍叉)比較。在解耦極限中的c(藍色)和f(紅色)帶，其中γ=v '百科=0，顯示在插圖中。橙色虛線表示f - c耦合開啟時能級的演化。資料來源: Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.047601
石墨烯是一種平面的二維碳片，是一個值得研究的課題。四年前的一項研究工作涉及將一層石墨烯放在另一層之上，然后扭轉最上面的一層。經過反復試驗，這些研究人員發現將頂層石墨烯片層扭曲一定角度（1.05度）會導致超導體的產生。研究人員將這個扭曲角度稱為“魔角”。從那時起，其他研究人員一直在研究以魔角排列的扭曲雙層石墨烯的屬性。在這項新工作中，研究人員研究了它的激發光譜，發現它與費米子模型的參數相對應。
之前的研究表明，在正確的方向上扭曲的雙層石墨烯具有一些獨特的特性——例如，一組電子會四處移動，這就解釋了它的導電性。但另一組電子保持不變。這種材料的兩種相互矛盾的特性使科學家能夠將樣品推到絕緣體和超導體之間。
為了更好地理解為什么會發生這種情況，Song 和 Bernevig 創建了一個系統模型，然后用它來進行描述材料行為的精確計算。他們發現，與重費米子材料相比，他們能夠描述扭曲雙層石墨烯的結構。更多的工作表明，材料的參數直接對應于重費米子模型的參數。重費米子物質是那些位于元素周期表底部的物質。
相關文獻：
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
來源：公眾號【Carbontech】
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