研究透视：Nature-石墨烯，对称破缺成像

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当电子占据一个平带时，其动能变得可以忽略不计，迫使其以奇异的多体状态组织起来，以最小化库仑能量。石墨烯，在磁场下的第零朗道能级，是强相互作用的平带。据预测，电子间的相互作用，会产生丰富多样的不同拓扑和晶格尺度序的对称破缺态。这些态的证据，主要来自间接输运实验，这些实验表明，通过增强塞曼能量或通过库仑相互作用的介电屏蔽，对称破缺状态是可调的。然而，确认这些基态的存在，需要对其晶格尺度序进行直接可视化。

近日，法国国家科学研究院 Benjamin Sacépé团队Alexis Coissard，David Wander等，在Nature上发文，报道了使用扫描隧道光谱，对石墨烯的三个不同对称破缺相进行成像。通过低或高介电常数环境以及磁场，调节库仑相互作用的屏蔽，以探索相图。在未屏蔽的情况下，发现了Kekulé键序，与观察到的经历磁场驱动Kosterlitz–Thouless转变的绝缘状态一致。在介电屏蔽下，在低磁场下，出现子晶格非极化基态，而在较高磁场下，转变为具有部分子晶格极化的电荷密度波序。此外，Kekulé和电荷密度波序，与额外次级晶格尺度序共存，这些次级晶格尺度序丰富了相图，超出了当前的理论预测。这种屏蔽诱导对称破缺序的可调性，有助于揭示其他量子材料的相关量子相。

Imaging tunable quantum Hall broken-symmetry orders in graphene.石墨烯中可调量子霍尔破缺对称序的成像。

图1：石墨烯的朗道能级隧穿光谱。

图2：电荷中性时的量子霍尔铁磁能隙。

图3：电荷中性石墨烯的可调对称破缺状态。

图4：未屏蔽电荷中性石墨烯的 Kekulé bond，KB序。

图5：适度屏蔽的电荷中性石墨烯的电荷密度波charge-density wave，CDW序。

该项研究，通过扫描隧道显微镜scanning tunnelling microscopy，STM和光谱学，实验表征了晶格尺度序，明确地确定了石墨烯第零朗道能级zeroth Landau level，ZLL中的三个对称破缺态。

文献链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04513-7

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04513-7

信息来源：公众号【今日新材料】

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