Sihirli açılı bükülmüş iki tabakalı grafen (MATBG), yaklaşık 1.1 ° ‘lik küçük bir büküm açısı ile iki grafen yığıyla oluşturulan bir malzemedir. Bu “sihirli açı”, elektronlar çok yavaş hareket eder, bu da yüksek derecede korelasyonlu elektron durumlarının ortaya çıkmasına yol açabilir.
Benzersiz özellikleri ve özellikleri nedeniyle MATBG, fizik ve malzeme bilimine dayanan çok sayıda çalışmanın odağı haline gelmiştir. Bazı fizikçiler, MATBG’ye harici bir manyetik alan uygulandığında, malzemedeki düz enerji bantlarının Hofstadter spektrumu olarak bilinen fraktal benzeri bir enerji paternine dönüştüğünü keşfettiler.
Washington Üniversitesi, Florida Eyalet Üniversitesi ve diğer enstitüler araştırmacılar yakın zamanda Ultraclean MATBG’de bu enerji modellerinin ortaya çıkmasını daha da araştırmayı amaçlayan bir çalışma gerçekleştirdiler.
Makaleleri, yayınlandı Doğa fiziğiChern Yalıtımcıları ve Kesirli Kuantum Salonu Durumları olarak bilinen malzemede güçlü bir şekilde etkileşen iki farklı topolojik fazın gözlemlendiğini bildirmektedir.
Makalenin kıdemli yazarı Dr. Xiaodong Xu, CEİD’a verdiği demeçte, “Bulgularımız beklenmedikti, başka bir projenin hoş bir yan ürünü olarak geliyor.” Dedi.
“2018’deki keşfinden bu yana, alışılmadık süperiletkenlik, yeni ferromanyetizma ve topoloji dahil olmak üzere egzotik kuantum fazları nedeniyle MATBG’ye büyük ilgi vardı. Orijinal niyetimiz, MATBG’de anomalous salon etkisinin altında yatan orbital ferromanyetik durumları incelemekti.”
Daha önce MATBG’de bildirilen anormal salon etkisini destekleyebilecek yörünge ferromanyetik durumları daha iyi anlamak için araştırmacılar önce tek katmanlı bir WSE’ye dayalı bir cihaz oluşturdu2 substrat.
Planları, WSE’yi optik olarak pompalayarak MATBG’deki anormal salon etkisini doğrudan kontrol etmekti.2 dairesel polarize ışık ile. Bununla birlikte, bunu yapmak için önce geliştirdikleri MATBG cihazının temel özelliklerini karakterize etmeleri gerekiyordu.
İşin ortak yazarı Dr. Matthew Yankowitz, “Sürprizimize göre, cihazımız şimdiye kadar oluşturulan en yüksek kaliteli örnekler arasında görünüyordu, anlamak için heyecan verici yeni verilerin zenginliği sağladı.” Dedi.
“Gözlemlediğimiz birçok yeni özelliğe rağmen, ölçümlerimizi anlamak birkaç yıl süren bir meydan okumaydı. Sonuçlarımız Hofstadter kelebek çerçevesine uyuyordu – Douglass Hofstadter tarafından ilk olarak tahmin edilen ve son yıllarda sadece Moiré malzemelerinin ortaya çıkması ile gerçekleştirilen detaylar, mevcut teori tarafından yakalandı.
Ekibin araştırmasında bir atılım, makalenin baş yazarı Dr. Minhao HE’nin, Moore Vakfı’nın EPIQS doktora sonrası sempozyumu olan bir konferansa katıldığı zaman gerçekleşti. Bu konferansta Wang, ekibin deneysel gözlemlerini açıklayabilecek yeni bir ilginç teori sundu.
Teori, Hofstadter kelebek çerçevesini elektronlar arasındaki güçlü etkileşimlerin önemli bir rol oynadığı bir rejime genişletti. Konferansta, o ve Wang son makalenin yayınlanmasıyla sonuçlanan yakın bir işbirliği başlattı.
Xu, “Deneyimizde, Millikelvin sıcaklıklarında ve birkaç Teslas’ın yüksek manyetik alanlarında MATBG örneğimizin elektrik taşıma ölçümlerini gerçekleştirerek güçlü etkileşen Hofstadter durumlarını inceledik.”
“Daha sonra ölçümlerimizi, son zamanlarda elektronik bant yapısını değiştirmede ve güçlü bir manyetik alan altında MATBG’deki simetri kırma fazlarını indüklemek için son zamanlarda geliştirilen en son teknoloji ürünü Hartre-Fock hesaplamalarıyla karşılaştırdık.”
Araştırmacılar tarafından yapılan deneyler iki önemli gözleme yol açtı. İlk olarak, ultra saf MATBG cihazlarında ekip, simetri kırılmış Chern Yalıtımcıları (SBCI) olarak bilinen topolojik durumların kaskadlarını gözlemledi.
Minhao He, “Bu durumlar, Moiré birim hücresinin alanını rasyonel bir değerle kendiliğinden büyüten Chern izolatörlerinin olağandışı biçimleridir.” Dedi.
“SBCI durumları daha önce MATBG’de gözlemlenmiş olsa da, şimdiye kadar sadece görünüşte rastgele Moiré dolgu faktörlerinde ortaya çıktılar. Ortaya çıkardığımız şey, SBCI durumlarının dikkate değer bir kaskad dizisidir, ebeveyn korelasyonlu çiğneme izolatörlerini taklit eden bir çitçiye sayısı.”
Bu son çalışmanın ikinci önemli başarısı, sadece MATBG’ye güçlü bir manyetik alan uygulandığında ortaya çıkan bir dizi kesirli kuantum salonu (FQH) devletlerinin gözlemlenmesiydi. Bu durumlar, sözde Jain dizisi, ortaya çıkışlarında kompozit fermiyon teorisinin tahminleriyle hizalanan bir patern veya hiyerarşiyi takip eder.
Xu, “Konvansiyonel 2D elektron gaz sistemlerinde, manyetik alanda güçlenen FQH durumlarıyla tam bir tezat oluşturduğunda, örneğimizdeki gözlemlenen FQH durumları aniden ≈10 t manyetik bir alan üzerinde kayboluyor.”
“Bu fenomen, etkili manyetik uzunluğun, moir olmayan 2D sistemlerde elde edilmesi imkansız olan nispeten düşük manyetik alanlarda Moiré dalga boyuna yaklaşabilmesi nedeniyle ortaya çıkıyor.”
Araştırmacılar tarafından toplanan ölçümler ve gerçekleştirdikleri hesaplamalar, MATBG platformlarında gözlemlenen FQH durumlarının alışılmadık bir nitelikte olduğunu göstermektedir. Ortaya çıkışlarını açıklamak için ekip, Wang ve Dr. Oskar Vafek (çalışmanın ortak yazarı) tarafından tasarlanan teoriden çekildi ve manyetik bir alanda oluşan kesirli çiğsel izolatörler olarak anlaşılabileceğini gösterdi.
“Hartree-Fock bant analizimiz, bu kesirli durumların sonlu bant genişliği ve düzgün olmayan, ideal olmayan kuantum geometrik özellikleri olan gergin manyetik alt bantlardan kaynaklandığını göstermektedir. Bu olağandışı kuantum geometrik yapı, bu durumların manyetik alan kaynaklı FCI’ler çerçevesinde potansiyel bir açıklamaya işaret eder.”
Bu araştırmacı ekibinin son çalışmaları, MATBG’nin ilişkili kuantum durumlarını ve maddenin topolojik aşamalarını incelemek için benzersiz potansiyelini vurgulamaktadır. Ayrıca, gelecekteki çalışmalarda test edilebilecek ve geliştirilebilen gelişmekte olan kuantum durumları için yeni bir teorik yorum sunmaktadır.
Xu, “Sonraki çalışmalarımız için heyecan verici bir fırsat, kesirli Chern izolatörü ile kesirli kuantum salonu etkisi arasındaki bağlantıyı ve etkileşimi araştırmak olacak.”
“Bu arada, Moire Superlattice hetero -yapısında optik probların araştırılmasına ve ilişkili ve topolojik durumların kontrolüne devam etmeyi planlıyoruz.”
Sadie Harley tarafından düzenlenen yazarımız Ingrid Fadelli tarafından sizin için yazılmış ve gerçek kontrol ve Robert Egan tarafından gözden geçirilen bu makale dikkatli insan çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık) düşünün. Alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesap.
