一作兼通讯作者，天才少年曹原又双叒叕发Nature！

曹原，相信大家一定都不陌生，那个开创魔角双层石墨烯（MATBG）的鬼才，今天又双叒叕发Nature了，真牛X！

出道即巅峰！材料界的霸主！一出手即Nature，还有谁?!

再突破！天才少年曹原新年首篇Nature，魔角石墨烯两层变三层！

在具有平坦电子带的凝聚态系统，电子之间的库仑相互作用很容易超越它们的动能并产生各种奇特的量子相，包括莫特绝缘体，量子自旋液体和维格纳晶体。在这种高度相关的状态下，电子可以自发地命令自己以使总库仑能量最小化，但其代价是增加其动能，从而导致某些对称性的破坏。这种破碎的对称状态可以在相对较高的能量范围内发生，并充当出现在较低能量范围内的相（例如超导）的父状态。

此外，当系统中存在非平凡的拓扑结构时，强相关性与基础拓扑之间的相互作用可能导致物质出现新的相。也就是说，扁平带中的破碎自旋/能谷的味（flavour，夸克和轻子这两种基本费米子可分为24种味）对称性是父态的基础，从中最终产生相关基态和拓扑基态。了解这种相互作用背后的物理原理可能会指导我们设计下一代高度相关的拓扑量子材料。

魔角扭曲双层石墨烯(MATBG) 是一个独特的平台，可在高度可调的平带系统中研究相互作用驱动的现象。当两层石墨烯的小扭转角θ为1.1°时，在所得到的莫尔超晶格云纹层间杂交重整费米速度和在低能量产生扁平带。在这个体制中，味对称性破坏的微观机制及其与低温相之间的联系还不清楚。

有鉴于此，MIT的Jeong Min Park、曹原等人利用同时进行的热力学和输运测量，研究了MATBG的破缺对称性多体基态及其非平凡的拓扑结构。研究人员直接观察到味对称性破坏是莫尔超晶格所有整数填充处化学势的钉扎效应，这证明了味洪特耦合在多体基态耦合时的重要性。基本平面带的拓扑性质在打破时间反转对称性时得到体现，作者测量了在填充因子为1、2、3时Chern数为3、2、1时的Chern绝缘子态对应的能隙，这与MATBG的Hofstadter蝴蝶光谱中的味对称破损是一致的。

此外，同时测量电阻率和化学电势提供了奇异金属状态下MATBG随温度变化的电荷扩散率——以前只有在超冷原子中才发现过该数量。该研究结果使人们更趋近于一个统一的框架，以了解具有或不具有磁场的MATBG拓扑带中的相互作用。

相关结果以“Flavour Hund’s coupling, Chern gaps and charge diffusivity in moiré graphene”为题于2021年4月1日发表在Nature期刊上。

一作兼通讯作者，天才少年曹原又双叒叕发Nature！

图1：器件结构和化学势测量演示

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图2：MATBG的化学势与温度和面内磁场的关系

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图3：垂直磁场中MATBG的Chern 带隙探测

一作兼通讯作者，天才少年曹原又双叒叕发Nature！

图4：奇异金属态下MATBG的电阻率，电子压缩率和扩散率

Park, J.M., Cao, Y., Watanabe, K. et al. Flavour Hund’s coupling, Chern gaps and charge diffusivity in moiré graphene. Nature 592, 43–48 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03366-w

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