物性物理学：魔法角ねじれ2層グラフェンにおける相関駆動トポロジカル相

魔法角ねじれ2層グラフェン（MATBG）は、強い電子–電子相互作用に由来するさまざまな相関現象を示す。各モアレ単位格子を±1、±2、±3個の電子が占めるとき、こうした相互作用によってフェルミ面が非常に再構成されやすくなり、さまざまな相関相の形成につながる。一部の相が非ゼロのチャーン数を持つことが示されているものの、他の多くの相の局所的な微視的特性とトポロジカル特性はまだ測定されていない。今回我々は、有限磁場下のMATBGに現れるトポロジカル相を、走査型トンネル顕微鏡法を用いてマッピングする一連の手法を提示する。我々は、静電ドーピングと磁場によるフェルミ準位の局所状態密度の変化を追跡することによって、観測された全ての相にチャーン数を直接割り当てることができる局所ランダウファンダイアグラムを作成した。我々は、有限場における整数充填率に起因し、相関によって駆動される対称性を破る転移のカスケードに由来する、6つのトポロジカル相の存在を明らかにする。これらのトポロジカル相は、魔法角周辺の狭い範囲のねじれ角でのみ形成可能で、さらに、電荷中性近傍で観測されるランダウ準位と区別される。加えて、我々は、低磁場で取得した電荷中性ランダウスペクトルであっても、相互作用によって大きく変化しており、顕著な電子–正孔非対称性を示すとともに、意外に大きな（約3～5 meV）ゼロランダウ準位間の分裂を特徴とすることを見いだした。今回の結果は、強い電子相互作用によって、MATBGバンド構造がどのような影響を受け、相関によって可能になるトポロジカル相がどのようにして生じるかを示している。

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