Broken sublattice symmetry states in Bernal stacked multilayer graphene

본 연구에서는 전기적으로 중성인 버널 다층 그래핀 (Bernal stacked multilayer graphene)에서 전자 간의 상호작용이 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 전자 간의 상호작용에 의해서 버널 다층 그래핀의 페르미 에너지 (Fermi energy) 근처 에너지 밴드가 부격자 (sublattice) 대칭을 잃고 둘 중 하나의 부격자로 전하량이 편중되며 그 결과 에너지 틈 (energy gap)이 열리는 것을 발견하였다. 또한 부격자 대칭을 잃은 에너지 밴드들은 그래핀 면에 수직한 방향으로 전하 분극 (charge polarization)을 가지기 때문에 그래핀 면에 수직한 전기장을 가할 경우 바닥 상태 (ground state)가 바뀌고 이에 따라 다양한 자발적 양자 홀 계수 (spontaneous quantum Hall coefficient)가 나타날 수 있음을 밝혔다.

We analyze the ordered phases of Bernal stacked multilayer graphene in the presence of interaction induced band gaps due to sublattice symmetry breaking potentials, whose solutions can be analyzed in terms of light-mass and heavy-mass pseudospin doublets which have the same Chern numbers but opposite charge polarization directions. The application of a perpendicular external electric field reveals an effective Hund’s rule for the ordering of the sublattice pseudospin doublets in a tetralayer, while a similar but more complex phase diagram develops with increasing layer number.

Authors: Chiho Yoon (서울대), Yunsu Jang (서울대), Jeil Jung (서울시립대), Hongki Min (서울대)
Journal: 2D Materials 4, 021025 (2017)
Publication date: 22 March 2017