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一作兼通訊作者，天才少年曹原又雙叒叕發Nature！

曹原，相信大家一定都不陌生，那個開創魔角雙層石墨烯（MATBG）的鬼才，今天又雙叒叕發Nature了，真牛X！

出道即巔峰！材料界的霸主！一出手即Nature，還有誰?!

再突破！天才少年曹原新年首篇Nature，魔角石墨烯兩層變三層！

在具有平坦電子帶的凝聚態系統，電子之間的庫侖相互作用很容易超越它們的動能并產生各種奇特的量子相，包括莫特絕緣體，量子自旋液體和維格納晶體。在這種高度相關的狀態下，電子可以自發地命令自己以使總庫侖能量最小化，但其代價是增加其動能，從而導致某些對稱性的破壞。這種破碎的對稱狀態可以在相對較高的能量范圍內發生，并充當出現在較低能量范圍內的相（例如超導）的父狀態。

此外，當系統中存在非平凡的拓撲結構時，強相關性與基礎拓撲之間的相互作用可能導致物質出現新的相。也就是說，扁平帶中的破碎自旋/能谷的味（flavour，夸克和輕子這兩種基本費米子可分為24種味）對稱性是父態的基礎，從中最終產生相關基態和拓撲基態。了解這種相互作用背后的物理原理可能會指導我們設計下一代高度相關的拓撲量子材料。

魔角扭曲雙層石墨烯(MATBG) 是一個獨特的平臺，可在高度可調的平帶系統中研究相互作用驅動的現象。當兩層石墨烯的小扭轉角θ為1.1°時，在所得到的莫爾超晶格云紋層間雜交重整費米速度和在低能量產生扁平帶。在這個體制中，味對稱性破壞的微觀機制及其與低溫相之間的聯系還不清楚。

有鑒于此，MIT的Jeong Min Park、曹原等人利用同時進行的熱力學和輸運測量，研究了MATBG的破缺對稱性多體基態及其非平凡的拓撲結構。研究人員直接觀察到味對稱性破壞是莫爾超晶格所有整數填充處化學勢的釘扎效應，這證明了味洪特耦合在多體基態耦合時的重要性?；酒矫鎺У耐負湫再|在打破時間反轉對稱性時得到體現，作者測量了在填充因子為1、2、3時Chern數為3、2、1時的Chern絕緣子態對應的能隙，這與MATBG的Hofstadter蝴蝶光譜中的味對稱破損是一致的。

此外，同時測量電阻率和化學電勢提供了奇異金屬狀態下MATBG隨溫度變化的電荷擴散率——以前只有在超冷原子中才發現過該數量。該研究結果使人們更趨近于一個統一的框架，以了解具有或不具有磁場的MATBG拓撲帶中的相互作用。

相關結果以“Flavour Hund’s coupling, Chern gaps and charge diffusivity in moiré graphene”為題于2021年4月1日發表在Nature期刊上。

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圖1：器件結構和化學勢測量演示

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圖2：MATBG的化學勢與溫度和面內磁場的關系

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圖3：垂直磁場中MATBG的Chern 帶隙探測

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圖4：奇異金屬態下MATBG的電阻率，電子壓縮率和擴散率

Park, J.M., Cao, Y., Watanabe, K. et al. Flavour Hund’s coupling, Chern gaps and charge diffusivity in moiré graphene. Nature 592, 43–48 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03366-w

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