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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2505.12478 (cond-mat)
[提交于 2025年5月18日 ]

标题: 非中心对称混合堆叠多层石墨烯中的本征层极化和多平带输运

标题: Intrinsic layer polarization and multi-flatband transport in non-centrosymmetric mixed-stacked multilayer graphene

Authors:Kai Liu, Yating Sha, Bo Yin, Shuhan Liu, Yulu Ren, Zhongxun Guo, Jingjing Gao, Ming Tian, Neng Wan, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Bingbing Tong, Guangtong Liu, Li Lu, Yuanbo Zhang, Weidong Luo, Zhiwen Shi, Quansheng Wu, Guorui Chen
摘要: 石墨烯多层结构表现出其电子谱对层数和堆叠顺序都非常敏感。 在三层石墨烯之外,混合堆叠序列(交替的布纳尔和菱形层)会产生多个共存的低能带。 在这里,我们研究了ABCBC堆叠的五层石墨烯,这是一种较少研究的非中心对称混合序列。 这种堆叠可以看作是在AB(布纳尔)双层之上的一层ABC(菱形)三重层,因此其低能带结构包含一个立方带和一个抛物线带,它们发生杂化。 在输运测量中,我们在电荷中性点观察到一个本征带隙,其大小在施加垂直位移场时不对称地变化。 这种行为反映了由于破坏了反演对称性和镜像对称性而固有的层极化。 通过调节位移场和载流子密度,我们在费米面拓扑中驱动了多次利什茨转变,并实现了由于多平带系统而产生的不同简并度的朗道能级。 值得注意的是,在一个异常低的磁场(约20 mT)下出现了一个v = -6量子霍尔态,表明了自发对称性破缺与贝里曲率之间的相互作用。 我们的结果确立了混合堆叠的多层石墨烯作为一个可调平台,具有各种对称性破缺和多个平带,适合探索出现的关联电子态。
摘要: Graphene multilayers exhibit electronic spectra that depend sensitively on both the number of layers and their stacking order. Beyond trilayer graphene, mixed stacking sequences (alternating Bernal and rhombohedral layers) give rise to multiple coexisting low-energy bands. Here we investigate ABCBC-stacked pentalayer graphene, a less-studied non-centrosymmetric mixed sequence. This stacking can be regarded as an ABC (rhombohedral) trilayer on top of an AB (Bernal) bilayer, so its low-energy band structure contains both a cubic band and a parabolic band that hybridize. In transport measurements, we observe an intrinsic band gap at charge neutrality whose magnitude changes asymmetrically under an applied perpendicular displacement field. This behavior reflects the spontaneous layer polarization inherent to the broken inversion symmetry and mirror symmetry. By tuning the displacement field and carrier density, we drive multiple Lifshitz transitions in the Fermi surface topology and realize Landau levels with different degeneracies arising from the multi-flatband system. Remarkably, a v = -6 quantum Hall state emerges at an exceptionally low magnetic field (~20 mT), indicating the interplay between spontaneous symmetry breaking and Berry curvatures. Our results establish mixed-stacked multilayer graphene as a tunable platform with various broken symmetries and multiple flatbands, suitable for exploring emergent correlated electronic states.
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2505.12478 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2505.12478v1 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.12478
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Kai Liu [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 5 月 18 日 15:55:21 UTC (4,582 KB)
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