材料学院姜宇航研究团队通过人工构筑菱方三层石墨烯实现拓扑平带及电子关联效应
平带体系是指能带在动量空间中色散被强烈抑制的一类量子材料。在这种体系中，电子的动能远小于其相互作用能，电子-电子关联效应成为主导物性的核心机制，从而可能催生超导、磁性等新奇量子现象。菱方多层石墨烯因具备本征的平带而备受关注，但这种结构在热力学上不稳定，容易转变为物性相对更平庸的堆垛方式，加上制备难度大、产率低，严重制约了相关研究的进展。
图：(a) mtMBG的STM形貌图。(b) 局域态密度分布图。(c) ABC区域出现平带。(d) 栅压诱导的平带四重劈裂。
近日，中国科学院大学材料科学与光电技术学院姜宇航研究团队与物理科学学院毛金海研究团队合作，通过人工异质结堆叠策略，在小转角的单层-双层石墨烯（minimally twisted monolayer-bilayer graphene，mtMBG）体系中成功构建了大面积、均匀、稳定的菱方三层石墨烯结构，并呈现出平带结构。利用外加栅极电压调控，观测到导平带逐渐劈裂为四个子带，在此平带体系内实现自旋-谷简并度的逐步破缺，给出了半金属、四分之一金属等对称性破缺关联态的存在迹象。研究表明，mtMBG体系具备良好的结构稳定性与衬底兼容性，为探索分数拓扑态、自旋-谷极化相、边缘态等前沿量子现象提供了全新平台。
相关成果以“Reentrant Flat Bands with Nontrivial Topology and Electronic Correlations in Artificial Rhombohedral Trilayer Graphene”为题发表于2026年2月10日的ACS Nano 杂志。博士后李思宇（现为苏州大学功能纳米与软物质研究院副教授）、博士研究生姜俊南与博士王政文（已毕业）论文共同第一作者。中国科学院大学姜宇航和毛金海为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、北京市卓越青年科学家计划、国家重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项、中央高校青年教师科研创新能力支持项目、中国科学院智能科学家项目的资助。
