Forskere observerer, at translationssymmetri brydes i snoet dobbeltlagsgrafen

Magisk-vinkel snoet dobbeltlags grafen er et materiale lavet af to ark grafen placeret oven på hinanden, hvor det ene ark er snoet i præcis 1,05 grader i forhold til det andet. Dette materiale har vist sig at være en meget lovende platform til at studere forskellige faser af stof, da det kombinerer metalliske, superledende, magnetiske og isolerende faser i en enkelt krystal.

Magisk-vinkel snoet dobbeltlags grafen er kendt for at understøtte flade energibånd med topologiske egenskaber, som kan tilgås under specifikke forhold. Nylige undersøgelser har fundet ud af, at stærke interaktioner kan isolere disse topologiske bånd, hvilket gør det muligt for systemet at understøtte såkaldte Chern-isolator-grundtilstande. I Chern isolator jordtilstande er hovedparten af ​​materialet isolerende, men alligevel kan elektroner forplante sig langs kanterne uden at sprede varme.

Forskere ved Harvard University, Massachusetts Institute of Technology (MIT) og National Institute for Materials Science i Japan har for nylig udført en undersøgelse med det formål at undersøge Chern-isolatorens grundtilstande i snoet dobbeltlagsgrafen. Deres papir, udgivet i Nature Physics , giver bevis for eksistensen af ​​en sekvens af ukomprimerbare tilstande med uforudsete Chern-tal i dette fascinerende materiale.

"Mens de til dato rapporterede Chern-isolatorer følger en simpel sekvens, der svarer til spin-dal-symmetribrud, rapporterer vores papir adskillige nye Chern-isolatorer, hvor elektron-elektron-interaktioner bryder oversættelsessymmetrien af ​​gitteret," Andrew Pierce, en af ​​forskerne, der udførte undersøgelsen, fortalte Phys.org .

Pierce og hans kolleger samlede en række målinger ved hjælp af et scannende enkelt-elektron-transistormikroskop. Dette instrument kan være en ekstremt følsom lokal detektor for elektrisk ladning.

"Vi udnytter vores mikroskops rumlige opløsning til at identificere de mest uberørte, lidelsesfrie områder af enheden, hvor vi observerer signaturer af skrøbelige topologiske isolerende tilstande, som ikke er synlige i resistivitetsmålinger," sagde Yonglong Xie, en medforfatter på undersøgelsen.

I deres eksperimenter afslørede Pierce og hans kolleger en sekvens af ukomprimerbare tilstande med uventede Chern-tal observeret ned til nul magnetfelt. Derudover fandt de ud af, at Chern-tallene for otte af disse tilstande ikke kan fanges af teorier, hvor båndene i magisk vinkel snoet dobbeltlagsgrafen er sekventielt udfyldt. Forskerne viste, at fremkomsten af ​​disse usædvanlige faser kunne være en konsekvens af en brudt oversættelsessymmetri.

"Erkendelsen af, at usædvanlige translationel symmetri brudte tilstande er til stede i magisk vinkel grafen udvider repertoiret af korreleret og topologisk adfærd i dette system," sagde Pablo Jarillo-Herrero, Cecil og Ida Green professor i fysik ved MIT. "Faktisk er sådanne translationelle symmetribrudte tilstande allestedsnærværende i kvantematerialer, men de kan undersøges meget mere detaljeret i magisk vinkelgrafen, hvilket kan føre til en dybere grundlæggende forståelse af deres oprindelse, med lektioner, der kan være bredt anvendelige til andre korrelerede materialer."

I fremtiden kan resultaterne indsamlet af dette team af forskere få vigtige konsekvenser for undersøgelsen af ​​Chern-isolatortilstande i magisk-vinkel snoet dobbeltlagsgrafen, såvel som symmetribrud i andre materialer, såsom høj-T _c superledere. Samlet set udvider denne undersøgelse betydeligt det kendte fasediagram af magisk-vinkel-snoet dobbeltlagsgrafen og kaster lys over den mulige oprindelse af den tætte konkurrence mellem forskellige korrelerede faser i det.

"Et vigtigt spørgsmål for fremtidige undersøgelser er, om oversættelsessymmetribrud favoriserer eller disfavoriserer superledningsevne i magisk vinkel snoet dobbeltlagsgrafen," sagde Amir Yacoby, professor i fysik ved Harvard. "Vores arbejde rejser også muligheden for at opdage nye topologiske faser af stof i magisk vinkel snoet dobbeltlagsgrafen ud over de tilstande, der er rapporteret her, især dem, der kan understøtte eksotiske typer kvasipartikler." + Udforsk yderligere

Universal sekvens af Chern-isolatorer i superledende magisk vinkelgrafen

© 2021 Science X Network