【研究进展】华中科技大学物理学院高锦华课题组 | 转角多层石墨烯的莫尔能带

Zhen Ma, Shuai Li, Meng-Meng Xiao, Ya-Wen Zheng, Ming Lu, Haiwen Liu, Jin-Hua Gao*, and X. C. Xie, Moiré flat bands of twisted few-layer graphite, Frontiers of Physics 18(1), 13307 (2023)

https://journal.hep.com.cn/fop/EN/pdf/10.1007/s11467-022-1220-z

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转角莫尔超晶格系统中的平带受到了大家的广泛关注。最近华中科技大学物理学院马振博士、高锦华教授等人研究了由 ABA 堆叠多层石墨烯构建的转角多层石墨烯的莫尔能带结构，相关工作以“Moiré flat bands of twisted few-layer graphite”为题发表在Front. Phys. 18(1), 13307 (2023)。多层石墨烯一般有两种堆叠方式，一种为 rhombohedral（ABC）堆叠，另一种是 Bernal（ABA）堆叠。两种不同的堆叠方式对应不同的能带结构。最早转角多层石墨烯的研究主要集中在 ABC 堆叠的转角多层石墨烯结构。这是因为与单层石墨烯相似，ABC堆叠的多层石墨烯低能能带只有两条，它们的莫尔能带具有很高的相似性。那么，由ABA 堆叠的多层石墨烯构成的转角多层石墨烯具有什么样的能带性质呢？作者的计算结果表明，ABA 堆叠转角多层石墨烯的能带结构和转角双层石墨烯是完全不同的，它具有一个显著的多带特性。而且他们发现转角多层石墨的能带结构强烈依赖于两组石墨烯的层数。在魔角θ= 1.05o，转角多层石墨的费米面附近不仅会出现两条莫尔平带，而且还会出现一些线性色散、二次色散的窄带。平带和色散带共存的特性是转角多层石墨烯典型的特征，这种多带共存的特性可以显著增强费米面附近的态密度，因此预示着转角多层石墨具有更强的关联相互作用。同时，他们还发现垂直电场同样能够调控这一系统中的平带结构。在层数比较少的时候，可以得到孤立的拓扑非平庸的平带。这一结果表明，转角多层石墨同样也是一个优秀的拓扑平带系统。本工作为将来实验上制备新型的平带系统指明了方向，也为设计相应的强关联系统提供了新的方案。特别指出，本工作的主要结果最早公布在arXiv: 2001.07995（2020）上，是最早关注这类多带共存莫尔平带系统的工作。

马振，2021年于华中科技大学物理学院获得博士学位，2021-2023年于华中科技大学进行博士后研究工作。 主要从事石墨烯二维材料的电子性质及拓扑性质的理论研究以及各种平带局域系统的理论研究。包括：旋转石墨烯中的拓扑平带系统的理论研究、人工电子晶格中的平带系统的理论研究以及介观系统中几何局域导致的平带系统的理论研究。

高锦华，华中科技大学物理学院教授，博士生导师。主要从事凝聚态理论方面的研究，研究方向包括低维系统中的关联效应（包括超导、铁磁、杂质）、介观输运、拓扑材料、平带理论、转角石墨烯体系等。在Phys. Rev. Lett. , Phys. Rev. B, Phys. Rev. X, Phys. Rev. A, New J. Phys., Sci. Bull., Nanoscale等刊物发表论文30余篇。