Den övre panelen på den bifogade bilden visar lagets huvudmått. Den nedre panelen sammanfattar banorna som observerats i den övre panelen. De blå linjerna motsvarar Chern-isolatorerna som följer den konventionella sekvensen, medan de orangea linjerna motsvarar de nya Chern-isolatorerna som bryter gittrets translationssymmetri. Kredit:Pierce et al.
Magisk vinkel tvinnad dubbelskiktsgrafen är ett material som är tillverkat av två ark grafen placerade ovanpå varandra, där det ena arket vrids i exakt 1,05 grader i förhållande till det andra. Detta material har visat sig vara en mycket lovande plattform för att studera olika faser av materia, eftersom det kombinerar metalliska, supraledande, magnetiska och isolerande faser i en enda kristall.
Magisk vinkel vriden dubbelskiktsgrafen är känd för att stödja platta energiband med topologiska egenskaper som kan nås under specifika förhållanden. Nyligen genomförda studier har funnit att starka interaktioner kan isolera dessa topologiska band, vilket gör att systemet kan stödja så kallade Chern-isolator-grundtillstånd. I Chern-isolatorns marktillstånd är huvuddelen av materialet isolerande, men ändå kan elektroner fortplanta sig längs kanterna utan att avleda värme.
Forskare vid Harvard University, Massachusetts Institute of Technology (MIT) och National Institute for Materials Science i Japan har nyligen genomfört en studie som syftar till att undersöka Chern-isolatorns grundtillstånd i vriden dubbelskiktsgrafen. Deras artikel, publicerad i Nature Physics , ger bevis på existensen av en sekvens av inkompressibla tillstånd med oförutsägda Chern-tal i detta fascinerande material.
"Medan de hittills rapporterade Chern-isolatorerna följer en enkel sekvens som motsvarar spin-dal-symmetribrott, rapporterar vår artikel många nya Chern-isolatorer där elektron-elektron-interaktioner bryter översättningssymmetrin hos gittret," Andrew Pierce, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org .
Pierce och hans kollegor samlade en serie mätningar med hjälp av ett scanning en-elektron-transistor mikroskop. Detta instrument kan vara en extremt känslig lokal detektor för elektrisk laddning.
"Vi drar nytta av vårt mikroskops rumsliga upplösning för att identifiera de mest orörda, störningsfria regionerna i enheten, där vi observerar signaturer av bräckliga topologiska isolerande tillstånd som inte är synliga i resistivitetsmätningar", säger Yonglong Xie, en medförfattare på studien.
I sina experiment avslöjade Pierce och hans kollegor en sekvens av inkompressibla tillstånd med oväntade Chern-tal observerade ner till noll magnetfält. Dessutom fann de att Chern-talen för åtta av dessa tillstånd inte kan fångas av teorier där banden i magisk vinkel vriden dubbelskiktsgrafen fylls i sekventiellt. Forskarna visade att uppkomsten av dessa ovanliga faser kan vara en konsekvens av en bruten översättningssymmetri.
"Insikten om att ovanliga trasiga translationssymmetriska tillstånd finns i magisk vinkelgrafen utökar repertoaren av korrelerade och topologiska beteenden i detta system", säger Pablo Jarillo-Herrero, Cecil och Ida Green professor i fysik vid MIT. "Faktum är att sådana brutna translationssymmetriska tillstånd är allestädes närvarande i kvantmaterial, men de kan undersökas mycket mer i detalj i magisk vinkelgrafen, vilket kan leda till en djupare grundläggande förståelse av deras ursprung, med lärdomar som kan vara brett applicerbara på andra korrelerade material."
I framtiden kan resultaten som samlats in av detta team av forskare få viktiga konsekvenser för studiet av Cherns isolatortillstånd i magisk vinkel vriden dubbelskiktsgrafen, såväl som symmetribrott i andra material, såsom högT c supraledare. Sammantaget utökar denna studie avsevärt det kända fasdiagrammet för magisk vinkel vriden dubbellagersgrafen och belyser det möjliga ursprunget till den nära konkurrensen mellan olika korrelerade faser inom den.
"En viktig fråga för framtida studier är om översättningssymmetribrytning gynnar eller missgynnar supraledning i magisk vinkel vriden dubbelskiktsgrafen", säger Amir Yacoby, professor i fysik vid Harvard. "Vårt arbete lyfter också möjligheten att upptäcka nya topologiska faser av materia i magisk vinkel vriden dubbelskiktsgrafen utöver de tillstånd som rapporteras här, särskilt de som kan stödja exotiska typer av kvasipartiklar." + Utforska vidare
© 2021 Science X Network
