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晶格中电子的能量带宽低于长程库仑相互作用能时，可促进相关效应。莫尔超晶格（通过控制扭曲角度堆叠的范德华异质结构创建）使电子能带结构的工程化成为可能。奇异的量子相可以出现在经过设计的莫尔条纹平坦带中。

 

                                                                                                                 

                                                                                                                                                                 Fig. 1 θ= 1.33°样品中的能带结构和绝缘状态

 

最近在魔角扭曲双层石墨烯的平坦带中发现了相关的绝缘子态，超导性和量子异常霍尔效应，这激发了对其他莫尔系统中相关电子态的探索。通过调整层间耦合或组成层的能带结构，可以进一步调整范德华·莫尔超晶格的电子性质。

 

                                                                                                               

 

                                                                                                                                                                     Fig. 2 相关绝缘子态的自旋极化

 

在这里，我们利用扭曲的双层石墨烯(TDBG)的范德华力异质结构，展示了一个平坦的电子带，该带可通过在扭曲角范围内的垂直电场进行调谐。与魔角扭曲的双层石墨烯类似，TDBG在半填充和四分之一填充的平带处显示能量缺口，表明出现了相关绝缘子态。

 

                                                

                                                                                                                                                        Fig. 3 θ= 1.26°样品中的临界转变行为

 

结果表明，这些绝缘子态的间隙随着面内磁场的增大而增大，呈铁磁级数。在掺杂半填充绝缘子时，电阻率随温度降低而突然下降。这种临界行为仅限于密度电场平面的一个小区域，并归因于从普通金属到自旋极化相关状态的相变。电场可调TDBG中自旋极化相关态的发现，为互驱动量子相的工程研究提供了一条新的途径。

 

                                                           

 

                                                                                                  Fig. 4可调栅平带和一系列扭转角的临界特性

 

相关研究成果与2020年由哈佛大学Philip Kim课题组，发表在Nature(https://doi.org/10.1038/s41586-020-2458-7)上。原文：Tunable spin-polarized correlated states in twisted double bilayer graphene。

 

新闻来源：https://mp.weixin.qq.com/s/qC6m9ISyxiE9H16t9-4jVw