Universal sekvens af Chern isolatorer i superledende magisk vinkel grafen

Forskere fra ICFO, Princeton og NIMS har opdaget en fuld sekvens af symmetribrudte Chern-isolatorer, der er induceret af stærke korrelationer i magisk vinkelgrafen. Undersøgelsen er offentliggjort i Naturfysik .

En Chern-isolator er en 2D-isolator, der spontant bryder tids-reverseringssymmetri og er vært for ledende chirale kanttilstande. Studiet af Chern-isolatorer i det sidste årti har uddybet forståelsen af ​​kondenseret stof og kan føre til udviklingen af ​​elektronik med lavt strømforbrug. Magic angle twisted bilayer graphene (MATBG) er for nylig dukket op som en rig platform til at udforske stærke korrelationer, superledning og magnetisme og båndtopologi.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Naturfysik , et team af videnskabsmænd, herunder ICFO-forsker Ipsita Das, Xiaobo Lu (tidligere postdoc ved ICFO), ledet af ICFO prof. Dmitri Efetov og kolleger fra Princeton (Jonah Herzog-Arbeitman, Zhida Song og B. Andrei Bernevig) og National Institute for Material Sciences (Kenji Watanabe og Takashi Taniguchi), har rapporteret en fuld sekvens af symmetri-brudte Chern-isolatorer inden for fladbåndene af magisk vinkelgrafen.

I modsætning til traditionelle Chern-isolatorer, som normalt opnås i magnetiserede topologiske isolatorer, de nyopdagede Chern-isolatorer i magisk vinkelgrafen, som kun består af ikke-magnetiske kulstofatomer, stammer fra stærk korrelationsinduceret symmetribrud. I deres eksperiment, de brugte magneto-transport teknik til at måle både langsgående modstand og hall modstand. Det lykkedes dem at observere Chern-isolatorer med en magisk sekvens af kvantiseret Hall-konduktans C =±1, ±2, ±3, ±4 som nukleerer fra heltalsfyldninger af moiréenhedscellen =±3, ±2, ±1, 0 tilsvarende. Den magiske sekvens og korrespondance af Chern-tal og udfyldningsfaktorer antyder, at disse tilstande er drevet direkte af elektroniske interaktioner, som specifikt bryder tids-vendende symmetri i systemet.

Desuden, de studerede kvantemagnetoscillationer i de endnu uudforskede højere energi dispersive bånd af tolags grafen med magisk vinkel. I et magnetfelt, energispektret viser en rig sekvens af niveauovergange, der direkte kommer fra den unikke Rashba-lignende spredning af båndene. Yderligere analyse af Landau-niveau krydsninger gjorde det muligt for forskerne at give begrænsninger på parametrene w0 og w1 for Bistritzer-MacDonald MATBG Hamiltonian.

Undersøgelsen giver direkte indsigt i den komplekse karakter af symmetribrud i MATBG og giver mulighed for kvantitative test af de foreslåede mikroskopiske scenarier for dets elektroniske faser. Ipsita Das, forsker ved ICFO og førsteforfatter af undersøgelsen siger, "Vi var ret lamslåede, da vi så rigdommen af ​​disse nye topologiske tilstande for første gang."

Dr. Xiaobo Lu, tidligere ICFO postdoc og medforfatter til denne undersøgelse, siger, "observationen af ​​ikke-triviel topologi i superledende magisk vinkelgrafen er spændende. Integrationen af ​​stærk korrelation, superledning og Chern isolerende faser i tolags grafen med magisk vinkel kan føre til nye forskningsmuligheder i fremtiden."

Prof. ved ICFO Dmitri Efetov siger, "Sådanne præstationer markerer det næste skridt i forståelsen af ​​de fantastiske egenskaber ved snoet dobbeltlagsgrafen, tilføjer nu topologi som en af ​​dens definerende egenskaber."