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Correlated topological flat bands in rhombohedral graphite

物理 三角晶系 石墨 拓扑(电路) 材料科学 理论物理学 结晶学 化学 晶体结构 复合材料 数学 组合数学
作者
Hong‐Yun Zhang,Q Li,Michael G. Scheer,R.Z. Wang,Chuyi Tuo,Nianlong Zou,Wanying Chen,Jiaheng Li,Xuanxi Cai,Changhua Bao,Ming-Rui Li,Ke Deng,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Mao Ye,Peizhe Tang,Yong Xu,Pu Yu,J. Ávila,Pavel Dudin,Jonathan D. Denlinger,Hong Yao,Biao Lian,Wenhui Duan,Shuyun Zhou
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (43)
标识
DOI:10.1073/pnas.2410714121
摘要

Flat bands and nontrivial topological physics are two important topics of condensed matter physics. With a unique stacking configuration analogous to the Su-Schrieffer-Heeger (SSH) model, rhombohedral graphite (RG) is a potential candidate for realizing both flat bands and nontrivial topological physics. Here we report experimental evidence of topological flat bands (TFBs) on the surface of bulk RG, which are topologically protected by bulk helical Dirac nodal lines via the bulk-boundary correspondence. Moreover, upon {\it in situ} electron doping, the surface TFBs show a splitting with exotic doping evolution, with an order-of-magnitude increase in the bandwidth of the lower split band, and pinning of the upper band near the Fermi level. These experimental observations together with Hartree-Fock calculations suggest that correlation effects are important in this system. Our results demonstrate RG as a new platform for investigating the rich interplay between nontrivial band topology, correlation effects, and interaction-driven symmetry-broken states.
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