科学家在相关绝缘体中发现量子振荡

相关绝缘体中的量子振荡在v = -2处。来源：杨伟

由于朗道量子化，磁场中电导的量子振荡（QO）在介观器件中被广泛观察到，因此QO通常被用作测量金属费米表面的强大工具。相比之下，由于间隙中的状态密度为零，绝缘体通常没有QO。

由中国科学院（CAS）物理研究所的杨伟博士和张光宇博士领导的团队报告了在扭曲的双双层石墨烯中观察到相关绝缘体的异常量子振荡。他们的论文题为“莫尔超晶格场致相关绝缘体中的量子振荡”，发表在《科学公报》上。

石墨烯基莫尔超晶格由两块以扭曲角度堆叠的单层或多层石墨烯组成，已知具有摩尔纹平坦带和相关状态。一个典型的例子是扭曲的双双层石墨烯（2+2），除了扭曲角之外，还可以通过电场进一步调谐其能带结构，从而允许原位调谐平坦带和相关强度。

在这项研究中，研究人员观察到当摩尔纹带被2 + 2填充一半时，自旋极化和谷极化相关绝缘体。凭借其高度可调的特性，2+2为发现相关绝缘状态中的新奇异相提供了新的平台。

金属到绝缘体的转变和量子振荡的绝缘行为。来源：杨伟

该团队长期以来一直致力于探索莫尔超晶格中的量子输运行为。此前，他们发现具有谷极化的新型相关绝缘体出现在扭曲的双双层石墨烯中能带的一半填充处，这要归功于垂直磁场中的轨道塞曼效应。

令他们惊讶的是，他们发现2 + 2中相关绝缘体的电阻与磁场的逆振荡周期性地振荡，类似于金属中的Shubnikov de Haas振荡。在~150 kΩ的高振荡幅度及其温度依赖性以及反相行为中揭示了QO的体绝缘证据。

此外，绝缘QO受电场的可调谐性很强。从1/B周期中提取的载流子密度与D几乎线性降低，从-0.7到-1.1V/nm，表明费米表面减小;Lifshitz-Kosevich分析的有效质量非线性取决于垂直电位移场（D），达到0.1m的最小值e在D = ~ -1.0V/nm处。

• 带反演混合间隙中的量子振荡。学分：杨伟
• 电场可调量子振荡。学分：杨伟
• 带反演混合间隙中的量子振荡。学分：杨伟
• 电场可调量子振荡。学分：杨伟

为了解释这些异常现象，研究人员建立了一个现象学倒带模型。通过从实验中提取的参数，模型的状态密度计算定性地再现了相关绝缘体的电场可调QO。

本研究中对绝缘子QO的观察与其他强相关系统（如近藤绝缘子，拓扑绝缘体和激子绝缘子）建立了密切的联系，并强烈表明在该系统中将发现更多奇异的相。

更多信息：Le Liu 等人，莫尔超晶格场感应相关绝缘体中的量子振荡，科学通报 （2023）。DOI： 10.1016/j.scib.2023.05.006