Video 1:En sekvens av temperatursökningar efter olika backgate-spänningar V bg ökat från -8 V till 8 V vid 4,2 K, B z =1 T, och V tg =8 V. En ström Idc drivs från den nedre förträngningen till en av de övre kontakterna och värdet på strömmen justeras med Vbg för att bibehålla den totala effekten som förbrukas i provet av R 2p jag dc 2=10 nW. Systemets kiralitet är moturs för negativa Landau-nivåer och medurs för positiva Landau-nivåer. I videon, man kan observera utvecklingen av entropigenereringsprocesser, synliga som vassa ringar längs kanterna, och utvecklingen av arbetsgenereringsprocesser, som visas i form av större mer suddiga funktioner. Vid stora fyllningsfaktorer |ν|≥ 10, övervägande nedströms "entropi"-ringar är synliga längs den nedre kanten av provet till höger (vänster) om förträngningen för negativ (positiv) ν. I detta fall är antalet nedströmskanaler betydligt större än för de uppströms kantrekonstruerade kanalerna. Som ett resultat, kanalerna är bättre utjämnade och därför blir det mindre bakåtspridning och mindre arbete utfört längs kanterna. I denna situation utförs det mesta av arbetet vid förträngningen och de energibärare som injiceras vid förträngningen strömmar nedströms och förlorar sin överskottsenergi genom resonansfononemission vid de atomära defekterna som är synliga som "entropi"-ringarna. Dessa ringar sönderfaller över ett avstånd av ~15 µm från förträngningen. Vid |ν|≲ 10, "arbets"-bågar börjar dyka upp utöver "entropi"-ringarna längs både nedströms och uppströms riktningar och kiraliteten förloras gradvis. Detta beteende härrör från bakåtspridning mellan icke-topologiska kanaler som förökar sig mot varandra, vilket resulterar i arbetsgenerering längs kanalerna som ger upphov till bågar. Detta jobb, genereras längs hela längden av kanalerna snarare än vid förträngningen, i nu den dominerande energikällan som "matar" "entropi"-ringarna, förklarar frånvaron av förfall i ringintensiteten och frånvaron av kiralitet. Detta försvinnande, fördelade över hela kanternas längd, blir mest framträdande i den lägsta LL, nLL=0, där inga topologiska kantkanaler finns. Ändå flyter det mesta av strömmen fortfarande längs kanterna på grund av närvaron av ett eller flera par av icke-topologiska kantkanaler som utbreder sig mot varandra. I detta metalliska tillstånd, såväl som i högre LL metalliska tillstånd, istället för den vanligen antagna backspridningen mellan provets motsatta kanter, det mesta av tillbakaspridningen sker mellan de motriktade kanalerna inom kanterna. Detta är anledningen till att i Video V1, vi observerar knappt något försvinnande i bulken vid något värde av Vbg, förutom mycket nära laddningsneutralitetspunkten, där den totala förlusten i provet når ett maximum och avslöjar knappt synliga ringar längs de inre kanterna av de fyrkantiga hålen (ν=-0,14 ram). Kredit:Weizmann Institute of Science
Genom att kombinera vår nano-SQUID på spets med scanning gate mätningar i kvant Hall-fasen av grafen kunde vi mäta och identifiera arbets- och värmeavledningsprocesser separat. Mätningarna visar att förlusten styrs av överhörning mellan par av nedströms- och uppströmskanaler som förökar sig mot varandra som uppträder vid grafengränser på grund av kantrekonstruktion.
Istället för lokal Joule-uppvärmning, dock, spridningsmekanismen består av två distinkta och rumsligt åtskilda processer. Den arbetsgenererande processen som vi avbildar direkt och som involverar elastisk tunnling av laddningsbärare mellan kvantkanalerna, bestämmer transportegenskaperna men genererar inte lokal värme.
Den oberoende visualiserade värme- och entropigenereringsprocessen, i kontrast, uppstår icke-lokalt vid oelastisk resonansspridning av enstaka atomdefekter vid grafenkanterna (se även vårt tidigare arbete), utan att det påverkar transporten. Våra resultat ger en avgörande insikt i mekanismerna som döljer det verkliga topologiska skyddet och föreslår platser för att konstruera mer robusta kvanttillstånd för enhetstillämpningar. Nedan är sekvenser av skanningar uppmätta på olika grafenenheter vid 4,2 K.
