量子反常霍尔(QAH)效应——零磁场下手性能带拓扑的宏观表现，实验上仅能通过拓扑绝缘体的磁性掺杂和moiré异质结构的精细设计得以实现。然而，没有磁性掺杂或moiré工程的双层石墨烯一直被预测具有QAH效应的竞争性有序态。有鉴于此，德国慕尼黑大学的R. Thomas Weitz教授和得克萨斯州大学达拉斯分校的Fan Zhang教授等系统地探索了电导为2 e² h⁻¹(其中e为电荷，h为普朗克常数)的双层石墨烯的状态。

本文亮点：

1）双层石墨烯的这种状态不仅能在异常小的磁场和5开氏温度下存在，而且还表现出磁滞现象。

2）这些实验特征为轨道磁驱动的QAH行为提供了令人信服的证据。除此之外，这种行为可以通过电场、磁场以及载波特征来调节。

3）所观测到的QAH相由于其独特的铁磁和铁电顺序不同于先前所观测到的结果，其特征是量子化的异常电荷、自旋、谷和自旋谷霍尔行为。

展望：

由于目前的测量是在两探针器件上进行的，未来的实验测量可以使用四探针器件。如此，可以区分纵向电阻和霍尔电阻，并通过利用磁场和电场确定ν =±2 QAH相的独特顺序的可能开关机制。

Geisenhof, F.R., Winterer, F., Seiler, A.M. et al. Quantum anomalous Hall octet driven by orbital magnetism in bilayer graphene. Nature 598, 53–58 (2021).

DOI: 10.1038/s41586-021-03849-w

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03849-w