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)提供了一個可調平臺，其中電子相關性可以通過電場和磁場控制。在這里，我們報道了在ABC-TLG/hBN中觀察到的磁場穩(wěn)定的Wigner晶體狀態(tài)。研究表明，在磁場下，相關的絕緣態(tài)出現在對應于每個莫爾晶格位點的μ=1/3、2/3、1、4/3、5/3和2個電子的多個分數和整數填充處。這些相關的絕緣態(tài)可以歸因于整數填充的廣義莫特態(tài)和分數填充的廣義Wigner晶體態(tài)。廣義Wigner晶體狀態(tài)由垂直磁場穩(wěn)定，并且在每三個莫爾超晶格一個磁通量量子處最強。μ=2的絕緣狀態(tài)持續(xù)到30T，這可以用高磁場下的莫特-霍夫施塔特躍遷來描述。
圖1.ABC-TLG/hBN莫爾異質結構及其平坦帶。（a） 該裝置的截面示意圖。紅色原子代表ABC-TLG的一個晶胞。ABC-TLG與底部hBN膜對準。（b） 對于頂部和底部石墨烯層之間的電勢差Φ=−25meV，計算了ABC-TLG/hBN在K谷中的單粒子能帶結構，其大致對應于D=−0.5V/nm。（c） 實驗相圖表示為電阻率作為摻雜n和垂直位移場D的函數，在T=1.5K和B?=0 T時。
圖2:在由磁場和垂直位移場調諧的傳導微帶中出現相關態(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填充物處磁場的函數，其中ρ
xxB=0是b=0 T時的電阻率。數據從面板a中提取。（c） ρ
xx作為n/n
0和D的函數的色圖，在5.5T的固定B下。（D）對于n
0/3到2n
0的填充物，ρ
xx/ρ
xxB=0作為D的函數。數據取自面板c。
圖3.磁場中傳導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，在−0.4 V/nm的固定D和5.5 T的固定B下，作為云紋點n/n
0填充的函數。插圖顯示了傳導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） 實空間平面外磁場中廣義Mott（n=n
0）和Wigner晶體（n=n
0/3，n=2n
0/3）態(tài)的說明。灰色和綠色晶格分別代表石墨烯和hBN晶格，紅色球體電子，紅色虛線代表三個莫爾單位單元。
相關研究成果由加州大學伯克利分校Guorui Chen、Feng Wang和復旦大學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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
