電子與其能帶拓撲之間的相互作用會產生物質的異常量子相。大多數拓撲電子相出現在電子與電子相互作用較弱的系統中。僅由於強相互作用而出現拓撲階段的情況很少見，並且大多局限於在強磁場中實現的情況。在魔角扭曲雙層石墨烯（MATBG）中發現具有拓撲特徵的脂肪電子帶，為尋找強相關的拓撲階段創造了獨特的機會。在此，我們通過掃描隧道電子顯微鏡中引入局部光譜表徵技術，發現在MATBG材料中Chern number為C=±1, ±2, ±3時，分別在單位晶格中形成填充因子為±3, ±2, ±1表現的一系列拓撲絕緣態，並且這種拓撲相通過強度適中的磁場穩定。這裡檢測到的一個相（C = +1）是此前觀察到的，當六方氮化硼襯底故意打破MATBG的亞晶格對稱性時，相互作用具有次要作用。我們證明，強的電子-電子相互作用不僅可以產生先前觀察到的相，而且還可以在MATBG中產生未預料的Chern絕緣相。通過假定強相關性有助於打破時間反轉對稱性來形成由弱磁場穩定的Chern絕緣子，可以來理解我們觀察到的全部相序。我們的發現表明，多體關聯可以在莫爾系統中創建拓撲階段，這超出了弱相互作用模型所預期的階段。
Fig. 1 200 mK時MATBG中與磁場有關的光譜間隙。
Fig. 2 高度相關的Chern絕緣間隙和ZLL的光譜間隙形態。
Fig. 3 強相關的Chern絕緣相的量化磁場響應。
Fig. 4 使用相互作用誘導的符號轉換霍爾丹質量的理論解釋。
相關研究成果於2020年由美國普林斯頓大學Ali Yazdani課題組，發表在Nature(https://doi.org/10.1038/s41586-020-3028-8)上。原文：Strongly correlated Chern insulators in magic-angle twisted bilayer graphene。