近日，Nature在线发表了加拿大不列颠哥伦比亚大学Joshua Folk和Matthew Yankowitz课题组的研究论文，题目为「Moiré-driven topological electronic crystals in twisted graphene」，论文的第一作者为Ruiheng Su和Dacen Waters。
在稀释的二维电子气中，库仑相互作用可以稳定维格纳晶体的形成。尽管维格纳晶体在拓扑上是微不足道的，但据预测，部分填充能带中的电子可以自发地打破连续的平移对称性和时间反演对称性，从而产生一种称为反常霍尔晶体的拓扑电子晶体（TEC）。
在此研究中，作者报道了转角双层-三层石墨烯中反常霍尔晶体的广义版本特征，其形成是由莫尔势驱动的。晶体形成于每四个莫尔晶胞（ν=1/4）一个电子的能带填充处，晶胞面积增加了四倍，与整数量子反常霍尔效应相一致。该态的Chern数是非常可调的，并且可以通过电场和磁场在+1和−1之间可逆地转换。其他几种拓扑电子晶体出现在适度的磁场中，起源于ν=1/3、1/2、2/3和3/2。相互作用修饰能带的量子几何可能与原始母能带的量子几何非常不同，这使得可能在未来发现关联驱动的拓扑现象。
图1 | 转角双层-三层石墨烯中ν=1/4处的拓扑电子晶体。
图2 | 分数能带填充处的竞争拓扑态。
图3 | 磁场中的拓扑电子晶体态。
图4 | 磁场和电场驱动的转变。
论文链接：
Su, R., Waters, D., Zhou, B. et al. Moiré-driven topological electronic crystals in twisted graphene. Nature, 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08239-6
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