マジックアングルグラフェンにおける新たな量子物理学的知見(Quantum physics: new insights into magic-angle graphene)

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2025-05-22 ミュンヘン大学 (LMU)

ミュンヘン大学(LMU)の研究チームは、マジックアングル(1.1度)でねじれた二層グラフェンが「重いフェルミオン金属」として振る舞うことを熱伝導率の測定で実証しました。この発見により、グラフェンの異常な量子特性を既存の理論で説明できる可能性が高まりました。従来、グラフェンは質量を持たない電子が高速移動する2次元材料として知られていましたが、マジックアングルでは強い電子相互作用により、超伝導や絶縁体など多様な量子相が現れます。この成果は新たな量子デバイスの開発に寄与することが期待されます。

<関連情報>

魔法角ねじれ二層グラフェンにおける軽電子バンドと重電子バンドの相互作用 Interplay between light and heavy electron bands in magic-angle twisted bilayer graphene

Rafael Luque Merino,Dumitru Călugăru,Haoyu Hu,Jaime Díez-Mérida,Andrés Díez-Carlón,Takashi Taniguchi,Kenji Watanabe,Paul Seifert,B. Andrei Bernevig & Dmitri K. Efetov
Nature Physics  Published:22 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-025-02912-x

マジックアングルグラフェンにおける新たな量子物理学的知見(Quantum physics: new insights into magic-angle graphene)

Abstract

Recent studies have suggested that the strongly correlated flat bands of magic-angle twisted bilayer graphene may host coexisting light and heavy carriers. Although transport and spectroscopic measurements have hinted at this behaviour, distinct signatures of incoherent heavy carriers have not been reported. Here we provide evidence of this by performing thermoelectric transport measurements of magic-angle twisted bilayer graphene using the photo-thermoelectric effect in gate-defined p–n junctions. At low temperatures, we observe sign-preserving, filling-dependent oscillations of the Seebeck coefficient at non-zero integer fillings of the moiré superlattice. This suggests the preponderance of one carrier type even when the Fermi level is tuned through the charge neutrality point of the correlated states. At higher temperatures, the thermoelectric response provides evidence of strong electron correlations in the unordered, normal state. Our observations are explained by the interplay between light, long-lived electron states and heavy, short-lived hole excitations near the Fermi level of the symmetry-broken ground states. These findings are in qualitative agreement with the topological heavy fermion model.

1701物理及び化学
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