在20世紀50年代，Pomeranchuk預測，液態
3He在加熱時可能會凝固，這與我們的直覺相反。這種效應是由固相原子在空間局部存在的高過量核自旋熵引起的。在此，我們發現在魔角石墨烯中發生了類似的效應。使用局部和全局電子熵測量，發現在每個摩爾單位晶胞填充一個電子時，電子熵顯著增加到每個單位晶胞約1kB（kB是玻爾茲曼常數）。巨大的過量熵被指向其磁源的平面內磁場淬滅。可壓縮性隨電子密度的變化急劇下降，費米能級重新回到狄拉克點附近，標志著兩相之間的界限清晰。我們將此躍變映射為電子密度，溫度和磁強的函數。這揭示了一個相圖，與Pomeranchuk的一樣，溫度和磁場驅動了從低熵電子液體到具有幾乎自由磁矩的高熵相關態轉變。相關態的特點是看似相互矛盾性質的不尋常組合，其中一些特性與流動電子有關，例如不存在熱力學帶隙，金屬性和狄拉克式的可壓縮性，而其他特性與局部矩有關，例如大的熵及其在磁場下的消失。此外，表征這兩組特性的能量尺度是非常不同的：可壓縮性躍遷的起始溫度約為30 K，而磁激發的帶寬約為3 K或更小。當前相關態的混合性質和能量尺度的大分離對扭曲雙層石墨烯相關態的熱力學和傳輸特性有影響。
Fig. 1 實驗設置和設備表征。
Fig. 2 ν= 1以上的大磁熵的測量。
Fig. 3 熵的溫度依賴性。
Fig. 4 實驗階段圖。
相關研究成果于2021年以色列魏茨曼科學研究學院Shahal Ilani，Erez Berg 和MIT 的Pablo Jarillo-Herrero，發表在Nature（https://doi.org/10.1038/s41586-021-03409-2）上。原文：Entropic evidence for a Pomeranchuk effect in magic-angle graphene。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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