【復(fù)材信息】歪曲三層石墨烯，Nature Materials！
電子向列性描述了庫侖的驅(qū)動現(xiàn)象，與底層晶格相比，表面旋轉(zhuǎn)對稱下降。例如，當費米面發(fā)生四重畸變以節(jié)省庫侖能時，就會出現(xiàn)各種正交。這種庫侖驅(qū)動現(xiàn)象在一系列密切相關(guān)的二維系統(tǒng)中被廣泛觀察到，如酸釩、銅酸鹽材料和兩層和三層石墨烯扭曲的魔角。識別和表征自發(fā)對稱缺陷是我們理解強相關(guān)二維材料的關(guān)鍵。
布朗大學(xué)J.I.A.Li等人利用運輸非互易性的視角識別測量，探討了三層石墨烯中扭曲的自發(fā)對稱性缺陷。本工作可以通過分析縱向和橫向通道中非互易性的視角依賴關(guān)系來確定與基本電子序相關(guān)的對稱軸。
報告稱，在熱循環(huán)和大電流偏置下，可誘導(dǎo)鏡軸內(nèi)滯后旋轉(zhuǎn)，支持旋轉(zhuǎn)對稱自發(fā)破壞。另外，隨著溫度的降低，非互易性的開始與軌道鐵磁性的出現(xiàn)相符。本工作的發(fā)現(xiàn)結(jié)合了超導(dǎo)二極管效應(yīng)的角度依賴，揭示了旋轉(zhuǎn)與時間反演對稱破缺之間的直接聯(lián)系。在動量空間中，這些對稱要求交換驅(qū)動的不穩(wěn)定性，作為扭曲三層石墨烯運輸非互易性的可能源。
以“相關(guān)研究成果”Angle-resolved transport non-reciprocity and spontaneous symmetry breaking in twisted trilayer graphene"問題發(fā)表于《Nature Materials》。
/ 圖文導(dǎo)讀 /
圖1. 對稱分析視角識別輸運響應(yīng)
正交有兩個正交鏡像軸(圖1a)。因此，可以維持與雙面旋轉(zhuǎn)相關(guān)的對稱C2。進一步提高C2對稱性，有望解決除正交以外的豐富物理結(jié)構(gòu)的新維度。
除了各種正交外，C2對稱破缺電子序的性質(zhì)與非線性和非互易運輸響應(yīng)密切相關(guān)。由于C2對稱破缺，電子序列既可有一個鏡像軸，也可有三個鏡像軸(圖1b)-c)?？梢詫崿F(xiàn)單鏡軸電子態(tài)(圖1b)η∥和η⊥之間2 π的角周期和π相移(圖1e)/2。沿著相同的脈絡(luò)，一個有三個鏡像軸狀態(tài)(圖1c)可以通過一個周期為2。 π/3角震動識別，同時伴隨著角震動，η∥和η⊥之間π/6相移(圖1f)。
本研究了三層石墨烯對稱歪曲鏡像。(tTLG)中國輸送非互易性的視角依賴為莫爾平帶自發(fā)對稱破壞的本質(zhì)提供了新的線索。為了測量視角區(qū)分的輸送，本工作將tTLG樣品的形狀轉(zhuǎn)化為向日葵幾何結(jié)構(gòu)(圖1g)。向日葵幾何結(jié)構(gòu)允許這項工作在0中使用不同的觸摸對作為源泄漏極
通過電流-電壓(I-V)特征(圖2a)證明了運輸非互易性的存在，其中大電流下的電壓響應(yīng)偏移線性重量(黑色斜線)。脫線性重量提取的非互易性表現(xiàn)為二次電流依賴。
如果存在頻率為ω當交流電偏置時，非互易響應(yīng)與sin2相比。(ωt)，與 sin(2ωt)有相同的頻率調(diào)制。所以，η可方便地進行A測試。.c.二次諧波頻率2 ω處的幅值。
圖2e，g繪制了圖2d，f 極坐標圖(左)中數(shù)據(jù)的最佳視角擬合，是一重(中)和三重(右)分量的線性組合。圖片中的綠色和藍色實線標有縱向和橫向通道相位。一個重量的相位偏移在兩個通道之間。π三重重量的相位偏移是/2，π/6。在最佳擬合參數(shù)周圍，RRMSE顯示出尖銳的極小值，表明V1、V3和V3。β這是唯一的確定。對圖2所示的視角依賴，最佳擬合RRMSE在0.05左右。
圖3. 莫爾平帶和密度所依賴的非互易性
下一步，本工作將對TTLG的線性運輸響應(yīng)進行調(diào)查。TTLG樣品顯示了莫爾平坦帶的一系列特征信號，如圖3a、b所示。比如，在νtTLG-2， 1， 2和 3周圍觀察到R∥其中的電阻峰(圖3a)與霍爾密度nHall中的重置(圖3b)一致。這與之前在魔角扭曲的兩層和三層石墨烯中看到的一致。整數(shù)帶周圍增加了谷物和自旋簡，并自發(fā)消除，導(dǎo)致費米面重建的等級連接。
TTLG使用WSe2晶體，如圖3a所示。通過對比另一個沒有WSe2晶體的TTLG樣品，本工作討論了鄰近效應(yīng)的影響。兩種樣品中，費米面重構(gòu)，由電阻峰和霍爾密度重置確認，發(fā)生在同樣的能帶上?？偟膩碚f，這些觀察表明，同位旋簡并性提高的本質(zhì)不受鄰近效應(yīng)的影響。但是，只有在具有相鄰效應(yīng)的TTLG樣品中才能觀察到軌道鐵磁序。與之前在魔角歪曲雙層石墨烯中看到的相鄰引導(dǎo)異?；魻栃?yīng)是一致的。
除了費米面重構(gòu)序列之外，視角分辨的非互易性測量也揭示了一種新的級聯(lián)現(xiàn)象。鏡軸的方向由圖形中的綠色實心線標記，由方程的最佳視角決定?；诜腔ヒ滓暯且蕾?圖3d)，底部電子序列有一個單鏡像軸，這表明三重轉(zhuǎn)動對稱C3被破壞。鏡軸隨著莫爾條紋的增加而旋轉(zhuǎn)的事實表明，C3斷裂不能僅僅通過異質(zhì)應(yīng)變的影響來解釋。另外，本工作還表明，通過對樣品進行熱循環(huán)或施加較大的電流偏置，可在鏡像軸內(nèi)產(chǎn)生滯后旋轉(zhuǎn)。
圖4. 非交互性、軌道鐵磁性和超導(dǎo)電性
考慮到鏡軸回滯旋轉(zhuǎn)和莫爾帶填充的演變，Berry曲率偶極子或斜透射可能無法解釋非互易性的視角依賴。因此，本工作研究了谷極化和軌道鐵磁性的潛在功能。在tTLG樣品中，觀察軌道鐵磁序列，并在電子夾雜帶的整數(shù)周圍添加。
圖4a，b為ν=0.89處測得的輸運響應(yīng)隨磁場B和d.c.電流偏置Id.c.改變曲線。當B和Id.c.來回掃描時，R圖中的R∥(頂)和R⊥(底部)觀察到滯后的變化。這與其他多層石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中看到的異?；魻栃?yīng)非常吻合。
霍爾電阻中的金屬樣品產(chǎn)生了與B相關(guān)的背景，這使得觀察磁滯回線具有挑戰(zhàn)性。然而，由于霍爾電阻背景不受電流偏差的影響，R誘導(dǎo)的磁滯∥和R⊥中間可以清楚地檢測到。隨著溫度(圖4c)的降低，磁滯和電流誘導(dǎo)的磁滯發(fā)生了一個快速的起點，這就定義了軌道鐵磁序的出現(xiàn)。
原文：https://www.nature.com/articles/s41563-024-01809-z
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