Forskare från National University of Singapore har förutspått att Landau-nivåer som tillhör olika dalar i ett tvådimensionellt (2D) valleytroniskt material, monolager volframdiselenid (WSe₂ ), kan justeras vid ett kritiskt magnetfält.

Inriktningen av distinkta enheter, såsom två laserstrålar eller två pelare, är ett gemensamt mål inom många områden inom vetenskap och teknik. I kvantmekanikens mer exotiska värld kan anpassningen av kvantiserade elektroniska nivåer möjliggöra skapandet av partiklar som kallas pseudo-spinorer som är användbara för kvantberäkningstillämpningar.

Kvantiserade elektroniska nivåer uppstår när ett magnetfält appliceras på ett 2D-material. Dessa nivåer kallas Landau-nivåer. Av särskilt intresse är Landau-nivåer i valleytroniska material. Valleytronic-material är material där man kan kontrollera inte bara laddningen eller spinn av en elektron, utan också "dalen" som elektronen tillhör. I allmänhet färdas laddningsbärare i olika dalar i motsatta riktningar.

I detta arbete har forskargruppen under ledning av docent Quek Su Ying från Institutionen för fysik, National University of Singapore utvecklat ett tillvägagångssätt för att redogöra för effekten av dynamiska elektron-elektroninteraktioner när man förutsäger energinivåerna i valleytroniska material i närvaro av ett magnetfält. Deras förutsägelser visade att dessa många kroppsinteraktioner förstärkte effekterna av ett magnetfält på materialen genom att orsaka en förändring i deras energinivåer. När den appliceras på monolager WSe₂ , visade sig beräkningsresultaten vara i kvantitativ överensstämmelse med experimentell litteratur, vilket validerade den nya metoden. Denna förstärkning kvantifieras genom en förbättring av de så kallade Landé g-faktorerna.

Teamet observerade att förbättringen av g-faktorerna uppstod på grund av en förändring i populationen av laddningsbärare i varje dal, som svar på en förändring i magnetfältet. Men när magnetfältet är tillräckligt starkt så att alla bärare är belägna i samma dal (alla bärare flyttar till den blå dalen i bilden ovan), kan denna förändring i bärarpopulationen inte längre ske, och g-faktorerna sjunker tvärt. Vid detta kritiska magnetiska fält kan laddningsbärarna pendla fram och tillbaka mellan de två dalarna och detta kan leda till att Landau-nivåerna i de två dalarna kommer i linje.

Dr. Xuan Fengyuan, en postdoktor i forskargruppen sa:"På grund av de stora g-faktorerna som finns i WSe₂ , de förutsagda kritiska magnetfälten är små så denna effekt kan realiseras i standardlaboratorier."

"Jämfört med tidigare förslag är anpassningen av Landau-nivåer som förutspåtts i detta arbete robust mot fluktuationer i bärardensiteten. Senaste observationer av fraktionerad kvant Hall-tillstånd i 2D WSe₂ föreslår möjligheten att använda Landau nivåjustering som ett sätt att möjliggöra topologiska kvantberäkningstillämpningar," tillade Prof Quek. + Utforska vidare

Förutsägelser av magnetfältsvar i 2D valleytronics material