菱形多层石墨烯中电子磁学特性的突破性发现

时间：2025年3月20日

来源：Nature

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为探究菱形多层石墨烯（RMG）磁性起源，研究人员实验发现其电子熵及电阻特性，意义重大。

磁性通常源于交换相互作用对 f 和 d 原子轨道中高度局域化的费米子波函数的影响。相比之下，在菱形多层石墨烯（RMG）中，磁性（表现为自发极化到一种或多种自旋和谷自由度^{1,2,3,4,5,6,7}）起源于范霍夫奇点（Van Hove singularity）附近的巡游电子。实验表明，该系统中的电子熵显示出通常与无序局域磁矩相关的特征，这对于完全巡游金属中的电子来说是出乎意料的。具体而言，研究发现每个电荷载流子的贡献 ΔS ≈ 1k_B，从居里温度开始，在超过一个数量级的温度范围内仍然存在。一级相变表现出同位旋 “波梅兰丘克效应”（isospin ‘Pomeranchuk effect’），即波动磁矩相在熵上比附近的对称费米液体更占优势^8,9。研究结果表明，尽管电子波函数具有巡游性，但单个电子的自旋和谷极化是解耦的，这一现象通常与局域磁矩相关，例如在固态³He 中（参考文献¹⁰）。令人惊讶的是，输运测量显示在波动磁矩区域存在有限温度下的电阻最小值，这归因于波动磁矩和电子 - 声子散射的相互作用。这些结果突出了软同位旋模式在二维平带系统中的普遍性。