Vëzhgimi i mozaikut të Chernit dhe magnetizmit të lakimit të Berry-t në grafenin me kënd magjik

Studiuesit në Institutin e Shkencës Weizmann, Institutin e Shkencës dhe Teknologjisë në Barcelonë dhe Institutin Kombëtar për Shkencën Materiale në Tsukuba (Japoni) së fundmi kanë hetuar një topologji mozaiku Chern dhe magnetizëm me lakim Berry në grafen me kënd magjik. Punimi i tyre, i botuar në Nature Physics, ofron një pasqyrë të re rreth çrregullimit topologjik që mund të ndodhë në sistemet fizike të lëndës së kondensuar.

“Grafeni dyshtresor i përdredhur me kënd magjik (MATBG) ka tërhequr një interes të madh gjatë viteve të fundit për shkak të brezave të tij të sheshtë të aksesueshëm eksperimentalisht, duke krijuar një shesh lojërash të fizikës shumë të ndërlidhur,” Matan Bocarsly, një nga studiuesit që kreu studimin. , i tha Phys.org, “Një fazë e tillë e ndërlidhur e vërejtur në matjet e transportit është efekti anomal kuantik Hall, ku rrymat topologjike të skajeve janë të pranishme edhe në mungesë të një fushe magnetike të aplikuar.”

Efekti anomal kuantik Hall është një fenomen i lidhur me transportin e ngarkesës, në të cilin rezistenca Hall e një materiali kuantizohet në të ashtuquajturën konstante von Klitzing. Ai i ngjan të ashtuquajturit efekti i numrit të plotë kuantik Hall, të cilin Bocarsly dhe kolegu i tij e kishin studiuar gjerësisht në veprat e tyre të mëparshme, veçanërisht në grafen dhe MATBG.

Duke u mbështetur në gjetjet e tyre të kaluara, studiuesit u përpoqën të hetojnë më tej efektin anomal kuantik Hall duke përdorur mjetet e matjes që ata gjetën se ishin më efektive. Për ta bërë këtë, ata përdorën një pajisje skanuese të ndërhyrjes kuantike superpërcjellëse (SQUID), e cila u fabrikua në majën e një pipete të mprehtë. Kjo pajisje është një magnetometër lokal jashtëzakonisht i ndjeshëm (d.m.th., sensor që mat fushat magnetike), i cili mund të mbledhë imazhe në shkallën 100 nm.

“Duke ndryshuar densitetin e bartësit të kampionit tonë, ne matëm përgjigjen e fushës magnetike lokale,” shpjegoi Bocarsly. “Në fusha të ulëta të aplikuara kjo përgjigje magnetike është saktësisht e lidhur me magnetizimin e brendshëm orbital të funksioneve të valës së Bloch, i cili nxitet nga lakimi i Berry-t. Pra, në thelb kemi një sondë lokale që mat lakimin lokal të Berrit.”

Matja e drejtpërdrejtë e magnetizmit orbital të induktuar nga lakimi lokal i Berry në MATBG është një detyrë shumë sfiduese, e cila nuk ishte arritur kurrë më parë. Kjo është për shkak se sinjali është jashtëzakonisht i dobët, kështu që ai shmang shumicën e mjeteve ekzistuese të matjes magnetike.

Bocarsly dhe kolegët e tij ishin të parët që matën drejtpërdrejt këtë sinjal të pakapshëm. Gjatë eksperimenteve të tyre, ata vëzhguan gjithashtu një topologji mozaiku Chern në kampionin e tyre, duke identifikuar kështu një çrregullim të ri topologjik në MATBG.

“Numri Chern, ose topologjia e një sistemi elektronik, përgjithësisht mendohet të jetë një invariant topologjik global,” tha Bocarsly. “Ne kemi vërejtur se në një shkallë të pajisjes (rendi i mikroneve), numri C nuk është i pandryshueshëm, por alternohet midis +1 dhe -1. Kjo sjell një lloj të ri çrregullimi, çrregullim topologjik, në sistemet e lëndës së kondensuar që duhet të llogaritet. për në fabrikimin e pajisjes dhe analizën teorike.”

Studimi i fundit nga ky ekip studiuesish kontribuon shumë në të kuptuarit e MATBG, si për sa i përket magnetizmit ashtu edhe topologjisë së tij. Në të ardhmen, ai mund të informojë zhvillimin e modeleve teorike më të sakta të këtij materiali, duke lehtësuar gjithashtu zbatimin e tij në pajisje të ndryshme llogaritëse kuantike.

“Sonda jonë e magnetizimit orbital lokal me fushë të ulët mund të përdoret gjithashtu për të hetuar vetitë e tjera themelore siç është thyerja e simetrisë së ndryshimit të kohës lokale,” shtoi Bocarsly. “Ka ende shumë pyetje të hapura në lidhje me gjendjet e plotësimit të numrave të plotë të MATBG dhe simetrive që ato i binden, të cilat mund të jenë një drejtim interesant për eksplorimin e ardhshëm.”