Global phase diagram of charge-neutral graphene in the quantum Hall regime for generic interactions
Global phase diagram of charge-neutral graphene in the quantum Hall regime for generic interactions
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量子霍尔体系中电荷中性石墨烯的总体相图，用于一般相互作用
DOI：
10.1103/physrevb.107.125422
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发表时间：
2023
影响因子：
3.7
通讯作者：
Murthy, Ganpathy
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
De, Suman Jyoti;Das, Ankur;Rao, Sumathi;Kaul, Ribhu K.;Murthy, Ganpathy
在量子化磁场中处于电中性的单层石墨烯是量子霍尔铁磁体。由于自旋和谷（近）简并，存在过多的可能基态。以前的理论工作，严格的超短程假设的基础上，允许的相互作用，预测一个相图与不同区域的自旋极化，倾斜的反铁磁，谷间相干，和电荷密度波顺序。虽然早期的实验表明，该系统在垂直场下处于倾斜的反铁磁相，但最近的扫描隧道研究普遍发现了凯库勒键序，有时也发现了电荷密度波序。最近，人们发现，如果放松上述严格的假设，一个相共存的倾斜反铁磁和凯库莱秩序存在的相图区域被认为是对应于真实的样品。在本文中，从适合于实验的连续极限出发，我们提出了在Hartree-Fock近似下的石墨烯的完整相图，使用一般的量子允许的相互作用，假设不变性的基态到谷间相干。考虑到亚晶格势（谷塞曼耦合），我们发现许多阶段与不同类型的共存秩序。最后，我们讨论了各种状态的物理特征。
Monolayer graphene at charge neutrality in a quantizing magnetic field is a quantum Hall ferromagnet. Due to the spin and valley (near) degeneracies, there is a plethora of possible ground states. Previous theoretical work, based on a stringent ultra-short-range assumption on the symmetry-allowed interactions, predicts a phase diagram with distinct regions of spin-polarized, canted antiferromagnetic, intervalley coherent, and charge density wave order. While early experiments suggested that the system was in the canted antiferromagnetic phase at a perpendicular field, recent scanning tunneling studies universally find Kekulé bond order, and sometimes also charge density wave order. Recently, it was found that if one relaxes the stringent assumption mentioned above a phase with coexisting canted antiferromagnetic and Kekulé order exists in the region of the phase diagram believed to correspond to real samples. In this paper, starting from the continuum limit appropriate for experiments, we present the complete phase diagram ofgraphene in the Hartree-Fock approximation, using generic symmetry-allowed interactions, assuming translation-invariant ground states up to an intervalley coherence. Allowing for a sublattice potential (valley Zeeman coupling), we find numerous phases with different types of coexisting order. We conclude with a discussion of the physical signatures of the various states.
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