氮化硼上的ABC堆疊三層石墨烯（ABC-TLG/hBN）莫爾超晶格為探索Wigner晶體狀態(tài)提供了一個(gè)可調(diào)平臺(tái)，其中電子相關(guān)性可以通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)控制。在這里，我們報(bào)道了在ABC-TLG/hBN中觀察到的磁場(chǎng)穩(wěn)定的Wigner晶體狀態(tài)。研究表明，在磁場(chǎng)下，相關(guān)的絕緣態(tài)出現(xiàn)在對(duì)應(yīng)于每個(gè)莫爾晶格位點(diǎn)的μ=1/3、2/3、1、4/3、5/3和2個(gè)電子的多個(gè)分?jǐn)?shù)和整數(shù)填充處。這些相關(guān)的絕緣態(tài)可以歸因于整數(shù)填充的廣義莫特態(tài)和分?jǐn)?shù)填充的廣義Wigner晶體態(tài)。廣義Wigner晶體狀態(tài)由垂直磁場(chǎng)穩(wěn)定，并且在每三個(gè)莫爾超晶格一個(gè)磁通量量子處最強(qiáng)。μ=2的絕緣狀態(tài)持續(xù)到30T，這可以用高磁場(chǎng)下的莫特-霍夫施塔特躍遷來(lái)描述。
圖1.ABC-TLG/hBN莫爾異質(zhì)結(jié)構(gòu)及其平坦帶。（a） 該裝置的截面示意圖。紅色原子代表ABC-TLG的一個(gè)晶胞。ABC-TLG與底部hBN膜對(duì)準(zhǔn)。（b） 對(duì)于頂部和底部石墨烯層之間的電勢(shì)差Φ=−25meV，計(jì)算了ABC-TLG/hBN在K谷中的單粒子能帶結(jié)構(gòu)，其大致對(duì)應(yīng)于D=−0.5V/nm。（c） 實(shí)驗(yàn)相圖表示為電阻率作為摻雜n和垂直位移場(chǎng)D的函數(shù)，在T=1.5K和B?=0 T時(shí)。
圖2:在由磁場(chǎng)和垂直位移場(chǎng)調(diào)諧的傳導(dǎo)微帶中出現(xiàn)相關(guān)態(tài)。（a） 在−0.4 V/nm的固定D下，ρ
xx作為n/n
0和B的函數(shù)的色圖。（b） 歸一化電阻率，ρ
xx/ρ
xxB=0，作為n
0/3至2n
0填充物處磁場(chǎng)的函數(shù)，其中ρ
xxB=0是b=0 T時(shí)的電阻率。數(shù)據(jù)從面板a中提取。（c） ρ
xx作為n/n
0和D的函數(shù)的色圖，在5.5T的固定B下。（D）對(duì)于n
0/3到2n
0的填充物，ρ
xx/ρ
xxB=0作為D的函數(shù)。數(shù)據(jù)取自面板c。
圖3.磁場(chǎng)中傳導(dǎo)微帶上的廣義莫特和維格納晶體態(tài)。（a） 電阻率，ρ
xx，在1.5至15 K的溫度范圍內(nèi)，在−0.4 V/nm的固定D和5.5 T的固定B下，作為云紋點(diǎn)n/n
0填充的函數(shù)。插圖顯示了傳導(dǎo)微帶不同填充物處電阻率峰值處電阻率的熱激發(fā)行為（阿倫尼斯圖）。（b） 實(shí)空間平面外磁場(chǎng)中廣義Mott（n=n
0）和Wigner晶體（n=n
0/3，n=2n
0/3）態(tài)的說(shuō)明。灰色和綠色晶格分別代表石墨烯和hBN晶格，紅色球體電子，紅色虛線代表三個(gè)莫爾單位單元。
相關(guān)研究成果由加州大學(xué)伯克利分校Guorui Chen、Feng Wang和復(fù)旦大學(xué)Yuanbo Zhang等人2023年發(fā)表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01741)上。原文：Magnetic Field-Stabilized Wigner Crystal States in a Graphene Moiré Superlattice。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
