石墨最新Nature:多层菱方石墨中的电子相分离

【引言】

对于石墨的两种稳定形式——六方（hexagonal）和菱方（rhombohedral）来说，前者是普遍存在的且已被广为研究；而后者由于稳定性相对较差，因此到目前为止除了一些理论预测外缺乏深入的研究。而如今，随着范德华异质结构技术的发展，人们已经可以制备多达50石墨烯层厚度的高质量菱方石墨，这为进一步研究菱方石墨奠定了良好的基础。

【成果简介】

曼彻斯特大学的Artem Mishchenko（通讯作者）等人发表文章证明了菱方石墨的电子态具有能隙（gapped），并且在低温下的电子输运是由表面态所决定。由于具有拓扑性质，石墨的表面态足以用来观测量子霍尔效应。基于这一量子霍尔效应，菱方石墨展现出了在无能隙半金属相—有能隙量子自旋霍尔相之间的相变现象。研究还发现，通过施加垂直电场来打破镜面对称能够打开表面态中的能隙。不仅如此，厚度小于4纳米的菱方石墨甚至还会出现无外加电场激发的能隙开放现象。研究认为，这一自发的能隙开放现象象征着电子相分离，并且应归因于强关联电子表面态的出现。2020年08月12日，相关成果以题为“Electronic phase separation in multilayer rhombohedral graphite”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 菱方石墨薄膜的输运特性

图2 多层菱方石墨的输运行为展现出厚度依赖性

图3 菱方石墨中的量子霍尔效应

图4 多层菱方石墨绝缘态的迟滞行为

文献链接：Electronic phase separation in multilayer rhombohedral graphite（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2568-2）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展，欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱tougao@cailiaoren.com。