天发|蛰伏六年,一天发两篇Nature!首次发现石墨烯的神奇特性 | 专访

他是 “天才少年” 曹原是师兄弟 , 本科毕业于中科大少年班学院实验班 , 曾连续几年未发论文 , 如今一日之内就在Nature背靠背连发两篇石墨烯相关论文 。

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图 | 论文《菱面体三层石墨烯中的超导性》和论文《菱面体三层石墨烯中的半金属和四价金属》(来源:Nature)
提到同时发布到 Nature 正刊的原因 , 周昊欣说告诉 DeepTech , 他和团队首次在不引入超晶格或不加任何其他外界干扰的情况下 , 在本征石墨烯体系中观察到关联电子磁性和超导的神奇性质 。 成果意义相对重大 , 这也是能发在顶刊的主要原因 。

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图 | 周昊欣(来源:受访者)
揭示摩尔材料的磁性在本质上是迁移电子导致的 周昊欣告诉 DeepTech , 《菱面体三层石墨烯中的半金属和四分之一金属》(Half and quarter metals in rhombohedral trilayer graphene)这篇论文的主要研究了菱面体三层石墨烯中范霍夫奇点引发的费米面不稳定性及其导致的关联电子磁性 。

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(来源:Nature)
【天发|蛰伏六年,一天发两篇Nature!首次发现石墨烯的神奇特性 | 专访】利用电容和输运测量 , 周昊欣和团队观察到对载流子浓度和电位移场的调节可以引发一系列的相变 , 量子振荡测量表明这些相中的电子具有有四重、二重或一重的简并度 , 分别对应于自旋和谷简并的 “金属态”、自旋极化的 “半金属态” , 及自旋和谷极化的 “四分之一金属态” 。
在导带中 , 主要的实验结果可以用包含各向异性相互作用的唯象斯通纳模型很好地描述 。 在价带中 , 周昊欣和团队观察到一个更复杂的相图 , 它是由磁性相变和费米面拓扑性质的改变共同导致的 。
最后 , 周昊欣通过对齐三层石墨烯和六方氮化硼衬底的晶格方向引入莫尔超晶格 。

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(来源:Nature)
值得注意的是 , 周昊欣和团队发现在这一体系中超晶格仅会对同位旋的相图产生微扰 , 当迁移的的半金属或四分之一金属态所对应的载流子浓度刚好可以填满超晶格能带的二分之一和四分之一时 , 莫尔势就会导致关联电子绝缘态的形成 。
这项工作表明 , 菱面体三层石墨烯是一个研究关联电子理论的理想平台 , 同时揭示了摩尔材料的磁性本质上是由迁移电子导致的 。
他告诉 DeepTech , 第一篇论文主要讲的是在相关体系中 , 通过对它的载流子(音)浓度和电场的调控 , 来从一个普通的物态(音)变成一个铁磁性的物态 。 研究中 , 他还对测量到的相图做了全面分析 , 然后所研究的对象其中有磁性 , 然后通过一个理论模型和相图(音)作比较 , 从而对相吐做以全面了解 , 整体上做得比较全面和系统 。

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