石墨最新Nature:多层菱方石墨中的电子相分离

材料人  |   2020-08-13 09:00

来源:材料人

【引言】对于石墨的两种稳定形式——六方(hexagonal)和菱方(rhombohedral)来说,前者是普遍存在的且已被广为研究;而后者由于稳定性相对较差,因此到目前为止除了一些理论预测外缺乏深入的研究。而如今,随着范德华异质结构技术的发展,人们已经可以制备多达50石墨烯层厚度的高质量菱方石墨,这为进一步研究菱方石墨奠定了良好的基础。
【成果简介】曼彻斯特大学的Artem Mishchenko(通讯作者)等人发表文章证明了菱方石墨的电子态具有能隙(gapped),并且在低温下的电子输运是由表面态所决定。由于具有拓扑性质,石墨的表面态足以用来观测量子霍尔效应。基于这一量子霍尔效应,菱方石墨展现出了在无能隙半金属相—有能隙量子自旋霍尔相之间的相变现象。研究还发现,通过施加垂直电场来打破镜面对称能够打开表面态中的能隙。不仅如此,厚度小于4纳米的菱方石墨甚至还会出现无外加电场激发的能隙开放现象。研究认为,这一自发的能隙开放现象象征着电子相分离,并且应归因于强关联电子表面态的出现。2020年08月12日,相关成果以题为“Electronic phase separation in multilayer rhombohedral graphite”的文章在线发表在Nature上。
【图文导读】
图1 菱方石墨薄膜的输运特性wt_a52382020013103714_a55ace.jpg图2 多层菱方石墨的输运行为展现出厚度依赖性wt_a52382020013103714_a92c01.jpg图3 菱方石墨中的量子霍尔效应wt_a62312020083103714_ad5b21.jpg图4 多层菱方石墨绝缘态的迟滞行为wt_a32302020813103715_b1784f.jpg

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