Observationen af ​​Chern-mosaik og bær-krumningsmagnetisme i magisk vinkelgrafen

Forskere ved Weizmann Institute of Science, Barcelona Institute of Science and Technology og National Institute for Material Science i Tsukuba (Japan) har for nylig undersøgt en Chern-mosaiktopologi og Berry-krumningsmagnetisme i magisk vinkelgrafen. Deres papir, udgivet i Nature Physics , giver ny indsigt om topologisk lidelse, der kan forekomme i fysiske systemer med kondenseret stof.

"Magic angle twisted bilayer graphene (MATBG) har tiltrukket en enorm mængde interesse i løbet af de sidste par år på grund af dets eksperimentelt tilgængelige flade bånd, hvilket skaber en legeplads med stærkt korreleret fysik," Matan Bocarsly, en af ​​forskerne, der udførte undersøgelsen , fortalte Phys.org, "En sådan korreleret fase observeret i transportmålinger er den kvanteanomale Hall-effekt, hvor topologiske kantstrømme er til stede selv i fravær af et påført magnetfelt."

Den kvanteanomale Hall-effekt er et ladningstransportrelateret fænomen, hvor et materiales Hall-modstand er kvantificeret til den såkaldte von Klitzing-konstant. Det ligner den såkaldte heltalskvante Hall-effekt, som Bocarsly og hans kollegaer havde studeret indgående i deres tidligere værker, især i grafen og MATBG.

Med udgangspunkt i deres tidligere resultater satte forskerne sig for at undersøge den kvante-anomale Hall-effekt yderligere ved hjælp af de måleværktøjer, som de fandt mest effektive. For at gøre dette brugte de en scannende superledende kvanteinterferensanordning (SQUID), som blev fremstillet på toppen af ​​en skarp pipette. Denne enhed er et ekstremt følsomt lokalt magnetometer (dvs. en sensor, der måler magnetiske felter), som kan opsamle billeder i 100nm-skalaen.

"Ved at variere bærertætheden af ​​vores prøve målte vi responsen af ​​det lokale magnetfelt," forklarede Bocarsly. "Ved lave påførte felter er denne magnetiske respons nøjagtigt korreleret med den interne orbitale magnetisering af Bloch-bølgefunktionerne, som induceres af Berry-krumningen. Så i det væsentlige har vi en lokal sonde, der måler den lokale Berry-krumning."

Direkte måling af orbital magnetisme induceret af lokal Berry-krumning i MATBG er en meget udfordrende opgave, som aldrig var blevet opnået før. Dette skyldes, at signalet er ekstremt svagt, og derfor undgår det de fleste eksisterende magnetiske måleværktøjer.

Bocarsly og hans kolleger var de første til direkte at måle dette undvigende signal. Under deres eksperimenter observerede de også en Chern-mosaiktopologi i deres prøve og identificerede dermed en ny topologisk lidelse i MATBG.

"Chern-tallet, eller topologien af ​​et elektronisk system, menes generelt at være en global topologisk invariant," sagde Bocarsly. "Vi observerede, at på en enhedsskala (orden af ​​mikron) er C-tallet ikke invariant, men veksler mellem +1 og -1. Dette introducerer en ny type lidelse, topologisk lidelse, i kondenserede stofsystemer, der skal tages højde for til fremstilling af enheder og teoretisk analyse."

Den nylige undersøgelse fra dette hold af forskere bidrager i høj grad til forståelsen af ​​MATBG, både med hensyn til dets magnetisme og topologi. I fremtiden vil det kunne informere udviklingen af ​​mere præcise teoretiske modeller af dette materiale, samtidig med at det potentielt vil lette dets implementering i forskellige kvantecomputerenheder.

"Vores lavfelts lokale kredsløbsmagnetiseringssonde kan også bruges til at undersøge andre fundamentale egenskaber, såsom brud på lokal tid omvendt symmetri," tilføjede Bocarsly. "Der er stadig mange åbne spørgsmål om heltalsfyldningstilstande for MATBG og de symmetrier, de adlyder, hvilket kunne være en interessant retning for fremtidig udforskning." + Udforsk yderligere

Den direkte detektering af en topologisk faseovergang gennem en fortegnsændring i Berry-krumningsdipolen

© 2022 Science X Network