Realisering af et gigantisk magnetfelt ved moiré-mønsterteknik

Forskere ved University of Hong Kong og Hunan Normal University viste, at i homolags overgangsmetal dichalcogenider, bærfasen i det virkelige rum fra moiré-mønstre manifesterer sig som et periodisk magnetfelt. Feltstørrelsen kan nå op på hundredvis af Teslaer i en typisk moiré-periode på 10 nanometer. For lavenergibærere, dette Berry-fase-inducerede magnetfelt realiserer et topologisk fluxgitter for kvantespin Hall-effekten.

I van der Waals lagdelte strukturer, når to tilstødende lag har lille gittermismatch og næsten justerede krystallinske retninger, mellemlags atomregistret vil variere periodisk på en længdeskala, der er meget større end monolags gitterkonstanten, kendt som moiré supergitteret. Engineering af moiré-mønstret er blevet en kraftfuld tilgang til at skræddersy elektronisk, optiske og topologiske egenskaber.

Karakteren af ​​moiré-mønsteret som en rumlig tekstur af atomare konfigurationer antyder, at Berry-faseeffekten i det virkelige rum kan være en uundværlig del af moiré-supergitterets fysik. I kondenserede materialer, den indre kvantestruktur (spin eller pseudospin) af en kvasipartikel kan være afhængig af dens position og momentum, som kan give anledning til real-space og momentum-space Berry fase effekter. Nogle velkendte manifestationer af momentum-space Berry-fasen er de unormale Hall- og spin-Hall-effekter i homogene krystaller. I mellemtiden rumlig inhomogenitet kan give anledning til den virkelige rum Berry fase, som er den totale flux af Berry krumningen gennem en overflade omsluttet af en løkke. Berry-krumningen i det virkelige rum fungerer som et magnetfelt, hvilket også kan føre til Hallstrøm. Sådanne topologiske Hall-effekter har tiltrukket sig bemærkelsesværdig interesse, og er blevet observeret i magnetisering skyrmion og domænestrukturer.

For nylig, i en forskningsartikel publiceret i National Science Review , forskere ved University of Hong Kong, Hong Kong, Kina, og på Hunan Normal University i Hunan, Kina præsenterer muligheden for at realisere et kæmpe magnetfelt ved hjælp af moiré-mønsterteknologi. Medforfattere Hongyi Yu, Mingxing Chen og Wang Yao viste, at i homolags overgangsmetal dichalcogenider, den virkelige rumbærfase fra moiré-mønstre manifesterer sig som et periodisk magnetfelt, hvor den magnetiske flux pr. moiré-supercelle er en kvantiseret værdi. I et moiré-mønster introduceret af en enakset stamme, den magnetiske flux har et andet tegn end det, der indføres af en vridning eller biaksial belastning, selvom de kan have det samme potentielle landskab. Feltstørrelsen skalerer omvendt med kvadratet af moiréperioden, og kan nå hundredvis af Teslaer i en typisk moiré-periode på 10 nanometer. Bemærkelsesværdigt, moiré-magnetfeltets reelle rumprofil kan tunes kontinuerligt af en mellemlags elektrisk bias. Under en beskeden elektrisk forspænding, der sker en topologisk overgang, hvor den magnetiske flux pr. supercelle har et kvantiseret spring (fra ±2π til 0).