石墨烯量子振荡，先发Nature，再发Science！-石墨烯产业专题

石墨烯量子振荡，先发Nature，再发Science！

时间:2024-01-17 作者: 来源:材料牛（石墨烯）

一、【科学背景】

金属在外部磁场作用下的热力学和输运性质的振荡是一种基本的量子效应，源于回旋轨道区域的量子化。在2D系统中，由离散朗道能级（LL）解释的量子振荡（QOs）的周期性与所施加的场和费米表面（FS）几何结构具有普遍关系。振荡对于解析莫尔条纹材料的能带结构（BS）是必不可少的，其中超晶格电势的存在和增强的电子-电子相互作用导致形成具有多个FSs和对称破缺态的窄微带。此外QOs还可以揭示石墨烯中的能带拓扑结构和应变诱导的伪磁场。

在块状材料中，QOs是通过测量由de Haas-van Alphen（dHvA）效应引起的磁化振荡来检测的。然而，在2D电子系统中，热力学性质的这些振荡通常无法观测。这将二维电子系统的研究主要局限于输运系数的非热力学Shubnikov-de Haas（SdH）振荡。然而，通过使用毫米大小的样品以及磁性掺杂的硒化锌（ZnSe），一些研究已经成功地解决了砷化镓（GaAs）异质结构中二维电子气（2DEG）的磁化振荡。相比之下，剥离的干净范德华结构的尺寸通常限制在几十微米以内，这使得在原子薄系统中观察dHvA效应相当具有挑战性。此外，先前在2DEG和块状材料中的dHvA研究是整体的，没有提供关于局部BS和热力学电子性质的空间信息。为此，以色列魏茨曼科学研究所Eli Zeldov教授和美国麻省理工学院Leonid S. Levitov教授团队在Science上发文报道了在莫尔石墨烯中，因de Haas-van Alphen效应引起热力学磁化振荡的纳米尺度成像。

而在2023年11月22日，Eli Zeldov教授团队在Nature上发文，报道了基于扫描超导量子干涉装置，在一个模型系统（具有双栅的伯纳尔Bernal堆叠三层石墨烯）中，实现了de Haas-van Alphen量子振荡的成像，并显示了几个高度可调的能带。

二、【科学贡献】

研究人员在温度T=300 mK下进行BLG样品的纵向电阻率（ρxx）和霍尔电阻率（ρyx）的传输测量，并将其作为施加的面外磁场Ba和载流子密度n的函数。