а, схематическая схема, показывающая напряжение заднего затвора V_bg ^ dc + V_bg ^ ac, приложенное к образцу MATBG, и соответствующее изменение локального магнитного поля B_z ^ ac (x, y) отображается с использованием сканирующего SOT. Мозаика Черна схематично показана в MATBG. б, m_z (x,y,ν_↑), измеренные при B_a=50 мТл и ν=0,966. Красные (синие) цвета обозначают парамагнитную (диамагнитную) локальную дифференциальную намагниченность. c, мозаичная карта Черна, полученная на основе эволюции m_z (x, y, ν_↑), показывающая C = 1 (поляризация KB, синий), C = -1 (KA, красный) и C = 0 или полуметаллические промежуточные области (зеленый). Кредит: Гровер и др.

«Двуслойный графен, скрученный под магическим углом (MATBG), за последние несколько лет привлек огромный интерес из-за его экспериментально доступных плоских полос, создающих игровую площадку для высококоррелированной физики», — Матан Бокарсли, один из исследователей, проводивших исследование. , сказал Phys.org, «Одной из таких коррелированных фаз, наблюдаемых в транспортных измерениях, является квантовый аномальный эффект Холла, когда топологические краевые токи присутствуют даже в отсутствие приложенного магнитного поля».

Квантовый аномальный эффект Холла — это явление, связанное с переносом заряда, при котором сопротивление Холла материала квантуется до так называемой постоянной фон Клитцинга. Он напоминает так называемый целочисленный квантовый эффект Холла, который Бокарсли и его коллеги широко изучали в своих предыдущих работах, особенно в графене и MATBG.

Основываясь на своих прошлых выводах, исследователи приступили к дальнейшему изучению квантового аномального эффекта Холла, используя инструменты измерения, которые они сочли наиболее эффективными. Для этого они использовали сканирующее сверхпроводящее устройство квантовой интерференции (СКВИД), которое было изготовлено на кончике острой пипетки. Это устройство представляет собой чрезвычайно чувствительный локальный магнитометр (то есть датчик, измеряющий магнитные поля), который может собирать изображения в масштабе 100 нм.

«Изменяя плотность носителей в нашем образце, мы измерили реакцию локального магнитного поля», — объяснил Бокарсли. «При низких приложенных полях этот магнитный отклик точно коррелирует с внутренней орбитальной намагниченностью блоховских волновых функций, которая индуцируется кривизной Берри. Таким образом, по сути, у нас есть локальный зонд, который измеряет локальную кривизну Берри».

Непосредственное измерение орбитального магнетизма, вызванного локальной кривизной Берри, в MATBG является очень сложной задачей, которая никогда раньше не решалась. Это связано с тем, что сигнал очень слабый, поэтому он ускользает от большинства существующих инструментов магнитных измерений.

Бокарсли и его коллеги были первыми, кто непосредственно измерил этот неуловимый сигнал. Во время своих экспериментов они также наблюдали мозаичную топологию Черна в своем образце, тем самым идентифицируя новый топологический беспорядок в MATBG.

«Число Черна, или топология электронной системы, обычно считается глобальным топологическим инвариантом, — сказал Бокарсли. «Мы заметили, что в масштабе устройства (порядка микрон) число C не является постоянным, а колеблется между +1 и -1. Это вводит новый тип беспорядка, топологический беспорядок, в системы конденсированного состояния, который необходимо учитывать для изготовления устройств и теоретического анализа ».

Недавнее исследование, проведенное этой группой исследователей, в значительной степени способствует пониманию MATBG как с точки зрения его магнетизма, так и топологии. В будущем это может дать информацию для разработки более точных теоретических моделей этого материала, а также потенциально облегчить его реализацию в различных устройствах квантовых вычислений.

«Наш низкопольный зонд локальной орбитальной намагниченности также можно использовать для исследования других фундаментальных свойств, таких как нарушение локальной симметрии обращения времени», — добавил Бокарсли. «Все еще остается много открытых вопросов о целочисленных состояниях заполнения MATBG и симметриях, которым они подчиняются, что может стать интересным направлением для будущих исследований».