近日，Nat. Nanotechnol.在线发表了湖南大学殷隆晶教授、秦志辉教授和河北师范大学王文晓副教授课题组的研究论文，题目为「Layer-dependent evolution of electronic structures and correlations in rhombohedral multilayer graphene」，论文的第一作者为Yang Zhang、Yue-Ying Zhou、Shihao Zhang和Hao Cai。
在二维范德华材料中构建的低能平带已成为探索和工程强关联物理的新领域。最具代表性的二维平带体系家族是转角莫尔异质结，其中莫尔超晶格可以导致出现具有强电子相互作用的极其平坦的迷你带。尽管在这一新兴领域进行了广泛的研究，但仍然无法理解平带诱导关联相的基本物理。最近在三层菱方石墨烯（RG）中发现的超导性和磁性为研究强关联电子现象建立了一个理想的无转角平台。然而，多层菱方石墨烯中的关联效应受到的关注有限，特别是随着层数的增加，关联性的演变仍然是一个悬而未决的问题。
在此研究中，通过使用扫描隧道显微镜和光谱（STM/STS），作者在令人惊讶的液氮温度下对3至9层菱方石墨烯多层中的层依赖电子结构和关联性进行了观察。研究明确地确定了层增强低能平带和层间耦合强度。前者直接证明了较厚菱方石墨烯中低能带的进一步平坦化，后者表明菱方石墨烯多层中存在不同的层间相互作用。此外，当平带被部分填充时，在77 K下平带出现了明显的分裂，范围从~50 meV到80 meV，表明出现了相互作用诱导的强关联态。特别是，关联态的强度在较厚的菱方石墨烯中显著增强，并在六层中达到最大值，直接验证了理论预测，并为强关联体系建立了大量新的候选体系。这项研究结果为菱方石墨烯中电子性质的层依赖性提供了有价值的见解，并证明了它是研究鲁棒和高度可及关联相的合适体系。
图1 | 菱方多层石墨烯的形貌和光谱。
图2 | 菱方多层石墨烯的能带结构演化。
图3 | 平带LDOS峰的掺杂依赖性。
图4 | 电子关联的层依赖性。
论文链接：
Zhang, Y., Zhou, YY., Zhang, S. et al. Layer-dependent evolution of electronic structures and correlations in rhombohedral multilayer graphene. Nat. Nanotechnol., 2024.
https://doi.org/10.1038/s41565-024-01822-y
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