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Charge-imbalance-induced second harmonic generation in twisted graphene

Ronghui Luo(罗荣辉), Shiyang Liu(刘诗洋), Xiao Dong(董校), Jianguo Tian(田建国), and Zhibo Liu(刘智波)

Chin. Phys. B, 2026, 35(3): 034201

文章亮点介绍

在二维范德华材料中，层间转角不仅能够重构莫尔超晶格和电子能带，还会改变体系对称性，而对称性是决定二次谐波响应的关键因素。在电偶极近似下，中心反演对称体系通常不产生二次谐波，而在非中心对称体系中二次谐波通常是允许的。已有研究表明，在本征具有二次谐波的转角二维材料中，层间耦合会显著改变二次谐波强度；而在由本征不产生二次谐波响应的组分构成的异质结构中，界面电荷转移也能诱导新的二次谐波产生。然而，对于各组分本身均不产生二次谐波的同质转角结构，层间耦合如何诱导并调控二次谐波响应，仍缺乏清晰的微观解释。

针对这一问题，本文选取转角单层-双层石墨烯作为研究对象，系统分析其强二次谐波的产生机制。理论计算表明，层间耦合会在底部AB双层石墨烯内部诱导电荷重新分布，打破中心反演对称性，使体系具备二次谐波响应。同时，转角还能调控范霍夫奇点位置，并在双光子共振条件下进一步增强二次谐波强度。实验上，13.5°样品的二阶非线性极化率能达到279.4 pm/V。本文的研究表明，二次谐波可以作为探测同质范德华结构中层间耦合与电荷重分布的有效手段，并为同质转角体系非线性光学功能的设计提供了新思路。

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Fig. 2. Differential charge density, symmetry breaking, and resonance-enabled SHG. (a) Raman spectroscopy of a t (1 + 2)LG sample. (b) Differential charge density of t (1 + 2)LG. The isosurface is 5 × 10⁻⁵e/ų. The yellow and blue regions represent the accumulation and depletion of electrons, respectively. (c) Plane-averaged differential charge density of t (1 + 2)LG. (d) and (e) Band structure with van Hove singularities and a schematic of the two-photon SHG pathway; resonance with a vHs enhances the nonlinear response. (f) χ⁽²⁾(θ) determined by referencing on-chip 1L-WS₂.

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Non-Abelian fractional quantum Hall states at filling factor 3/4

Kai-Wen Huang(黄楷文) and Ying-Hai Wu(吴英海)

Chin. Phys. B, 2026, 35(3): 037302  

文章亮点介绍

分数量子霍尔态的一个重要特点是具有任意子，即准粒子携带分数电荷且遵循分数统计。量子力学的基本规律指出，自然界的粒子可以分为玻色子和费米子，交换两个粒子的位置时，系统的波函数保持不变或者增加一个负号。如果要求交换满足绝热条件，则二维空间的特殊拓扑结构允许存在更多可能，即交换多体系统中的两个准粒子可能产生一个非平庸相位或者幺正变换。后者称为非阿贝尔统计，这样的任意子可以用于实现量子门，开展容错的拓扑量子计算。

具有非阿贝尔任意子的分数量子霍尔态是当前研究的重点。从实验角度来看，偶数分母填充因子的态比较可能是非阿贝尔型。大多数情况下出现的是半填充态，而近期的一个实验在双层石墨烯中观测到填充3/4态。本文通过理论分析和数值计算揭示了这个态的性质。由于双层石墨烯的朗道能级存在一个近似的轨道简并，需要考虑它们之间的混合。在合适的参数区间内，轮胎面上的多体计算发现了近似简并基态，根据拓扑序自举分析，此时系统中存在伊辛型非阿贝尔任意子。理论分析可以构造出三种候选态，数值计算手征引力子谱函数表明实验中发现的应当是anti-Pfaffian型。这项工作揭示了双层石墨烯中朗道能级混合对于实现非阿贝尔态的重要作用，为进一步实验探索提供了有益帮助。

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Electrodynamics of a prototypical altermagnetic compound MnTe

Bixia Gao(高碧霞), Yixuan Luo(罗伊轩), Liye Cao(曹立叶), Tao Sun(孙涛), Zehao Yu(于泽浩), Lei Wang(王蕾), Xinyu Zhang(张新雨), Hongbo Hu(胡宏波), Yanfeng Guo(郭艳峰), and Rongyan Chen(陈荣艳)

Chin. Phys. B, 2026, 35(3): 037801    

文章亮点介绍

交错磁性是近年来发现的一类不同于传统铁磁和反铁磁的新型磁态。其自旋呈反平行排列，与反铁磁体类似，但由于时间反演对称性发生破缺，能带在动量空间中会出现自旋劈裂。尽管体系整体没有净磁化强度，却仍能够实现自旋极化，从而为摆脱对铁磁材料的依赖提供了新的可能。在这一背景下，相关材料的物性研究逐渐受到关注。

MnTe作为交错磁体的代表材料之一，其在能带结构、自旋分裂、磁畴行为及关联输运效应等方面均展现出丰富而独特的物理图景。目前，尽管在 MnTe 的磁学特性方面取得了显著进展，但其在电荷动力学方面的关键问题仍未得到解决。基于此，本文利用红外光谱手段，对单晶 MnTe 在不同温度下的光学响应进行了系统测量，从而获取其低能载流子行为及能带结构信息。实验结果表明，MnTe 在整个测量温区内的德鲁德响应均较弱，说明自由载流子贡献有限，这一特征与已有实验所表明MnTe的 p 型掺杂特性一致。通过对吸收边的分析，得到约 0.48 eV 的间接带隙和 1.60 eV 的直接带隙，其中前者与杂质辅助跃迁过程相关。同时，在约 1.44 eV 的能量附近，不同磁性状态下的光学电导存在细微差异，可能反映了磁序对能带结构的影响。此外，奈尔温度附近声子谱线呈现出明显的非对称特征，表明自旋与晶格之间存在较强的耦合。上述结果从实验上刻画了 MnTe 中电子、磁性与晶格之间的相互作用，为理解此类材料的输运与光学性质提供了重要参考，也为后续相关材料及器件研究奠定了基础。

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Fig. 3.  (a) Real part of the optical conductivity σ₁(ω) of MnTe below 22000 cm⁻¹ at selected temperatures. The inset displays σ₁(ω) in an expanded energy range up to 1500 cm⁻¹. The colored dotted lines represent the low-frequency extrapolations used in the KK transformation at different temperatures. (b) Tauc plots of MnTe at 10 K, where the red solid line corresponds to (ε₂ω₂)^1/2 and the blue solid line corresponds to (ε₂ω₂)²; the linear regions are highlighted by dashed lines, with extrapolations to the photon-energy axis used to estimate the band gap (left y-axis: (ε₂ω₂)^1/2, right y-axis: (ε₂ω₂)²). (c) The temperature-dependent σ₁(ω) of MnTe in the range of 9000 cm⁻¹ to 14000 cm⁻¹ at 300 K and 350 K. The inset displays the differential conductivity Δσ₁(ω) in thg range of 5000 cm⁻¹ to 15000 cm⁻¹ between 300 K and 350 K, i.e., Δσ₁ = σ₁ (300 K) – σ₁ (350 K). (d) Refractive index n and (e) extinction coefficient k of MnTe below 22000 cm⁻¹ at selected temperatures. (f) The phonon peak of σ₁(ω) in the range of 120–147 cm⁻¹, and the spectra are vertically offset by temperature for clarity. The black dashed lines represent the fitting curve between 125–145 cm⁻¹ at each temperature, with fitting parameters summarized in Table 1.

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