Justering af kvantificerede niveauer i valleytronic-materialer

Forskere fra National University of Singapore har forudsagt, at Landau-niveauer, der tilhører forskellige dale, i et todimensionelt (2D) valleytronisk materiale, monolag wolframdiselenid (WSe₂ ), kan justeres ved et kritisk magnetfelt.

Justeringen af ​​forskellige enheder, såsom to laserstråler eller to søjler, er et fælles mål inden for mange områder inden for videnskab og teknik. I kvantemekanikkens mere eksotiske verden kan justeringen af ​​kvantiserede elektroniske niveauer muliggøre skabelsen af ​​partikler kaldet pseudo-spinorer, der er nyttige til kvanteberegningsapplikationer.

Kvantiserede elektroniske niveauer opstår, når et magnetfelt påføres et 2D-materiale. Disse niveauer kaldes Landau-niveauer. Af særlig interesse er Landau niveauer i valleytronic materialer. Valleytronic materialer er materialer, hvori man kan kontrollere ikke bare ladningen eller spin af en elektron, men også "dalen", som elektronen tilhører. Generelt rejser ladningsbærere i forskellige dale i modsatte retninger.

I dette arbejde udviklede forskerholdet ledet af lektor Quek Su Ying fra Institut for Fysik, National University of Singapore en tilgang til at redegøre for effekten af ​​dynamiske elektron-elektron-interaktioner, når man forudsiger energiniveauerne i valleytroniske materialer i nærværelse af et magnetfelt. Deres forudsigelser viste, at disse mange-legeme-interaktioner forstærkede virkningerne af et magnetfelt på materialerne ved at forårsage et skift i deres energiniveauer. Når den anvendes på monolag WSe₂ , viste de beregningsmæssige resultater sig at være i kvantitativ overensstemmelse med eksperimentel litteratur, hvilket validerede den nye tilgang. Denne forstærkning kvantificeres ved en forbedring af de såkaldte Landé g-faktorer.

Holdet observerede, at forbedringen i g-faktorerne opstod på grund af en ændring i populationen af ​​ladningsbærere i hver dal, som reaktion på en ændring i magnetfeltet. Men når magnetfeltet er tilstrækkeligt stærkt til, at alle bærere er placeret i den samme dal (alle bærere flytter til den blå dal på billedet ovenfor), kan denne ændring i bærerpopulationen ikke længere ske, og g-faktorerne falder brat. Ved dette kritiske magnetfelt kan ladningsbærerne oscillere frem og tilbage mellem de to dale, og dette kan føre til ensretning af Landau-niveauer i de to dale.

Dr. Xuan Fengyuan, en postdoc-stipendiat på forskerholdet sagde:"På grund af de store g-faktorer, der er til stede i WSe₂ , de forudsagte kritiske magnetfelter er små, så denne effekt kan realiseres i standardlaboratorier."

"Sammenlignet med tidligere forslag er justeringen af ​​Landau-niveauer forudsagt i dette arbejde robust over for fluktuationer i bærertætheden. Nylige observationer af fraktioneret kvante Hall-tilstande i 2D WSe₂ foreslår muligheden for at bruge Landau-niveaujustering som et middel til at muliggøre topologiske kvanteberegningsapplikationer," tilføjede Prof Quek. + Udforsk yderligere

Forudsigelser af magnetfeltrespons i 2-D valleytronics materialer