Обнаружены квантовые колебания в коррелированных изоляторах
Группа под руководством доктора Янга Вэя и доктора Чжан Гуанъюя из Института физики Китайской академии наук (CAS) сообщила о наблюдении аномальных квантовых колебаний коррелированных изоляторов в скрученном двухслойном графене. Их статья под названием «Квантовые колебания в индуцированных полем коррелированных изоляторах муаровой сверхрешетки» была опубликована в Science Bulletin.
Квантовые колебания в коррелированном изоляторе при v = -2.
Квантовые осцилляции (КО) проводимости в магнитном поле широко наблюдаются в мезоскопических устройствах благодаря квантованию Ландау, и поэтому КО обычно используются в качестве мощного инструмента для измерения поверхности Ферми металлов. Напротив, для диэлектриков QO обычно отсутствуют из-за нулевой плотности состояний в щели.
Группа под руководством доктора Янга Вэя и доктора Чжан Гуанъюя из Института физики Китайской академии наук (CAS) сообщила о наблюдении аномальных квантовых колебаний коррелированных изоляторов в скрученном двухслойном графене. Их статья под названием «Квантовые колебания в индуцированных полем коррелированных изоляторах муаровой сверхрешетки» была опубликована в Science Bulletin.
Известно, что сверхрешетки муара на основе графена, состоящие из двух частей однослойного или многослойного графена, уложенных друг на друга под скрученным углом, содержат плоские полосы муара и коррелированные состояния. Типичным примером является скрученный двухслойный графен (2 + 2), зонная структура которого может дополнительно настраивать электрическое поле в дополнение к углу скручивания, что позволяет настраивать плоские полосы и силу корреляции на месте.
В этом исследовании исследователи наблюдали спин-поляризованные и поляризованные по долине коррелированные изоляторы, когда муаровые полосы были заполнены наполовину в 2+2. Благодаря своей легко настраиваемой природе 2+2 обеспечивает новую платформу для открытия новых экзотических фаз в коррелированных изолирующих состояниях.
Свидетельство перехода металла в изолятор и изолирующее поведение квантовых колебаний.
Команда уже давно занимается изучением поведения квантового переноса в муаровых сверхрешетках. Ранее они обнаружили, что новые коррелированные изоляторы с долинной поляризацией появляются при половинном заполнении энергетических зон в скрученном двойном бислойном графене благодаря орбитальному эффекту Зеемана в перпендикулярном магнитном поле.
К своему удивлению, они обнаружили, что сопротивление коррелированных изоляторов в 2+2 периодически колеблется с инверсией магнитного поля, подобно колебаниям Шубникова-де-Гааза в металле. Объемные изолирующие признаки КВ проявляются в высокой амплитуде колебаний ~150 кОм и ее температурной зависимости, а также в противофазном поведении.
Кроме того, изолирующие КО сильно настраиваются электрическим полем. Плотность носителей, извлеченная из периодичности 1/B, уменьшается почти линейно с D от -0,7 до -1,1 В/нм, что указывает на уменьшенную поверхность Ферми; эффективная масса из анализа Лифшица-Косевича нелинейно зависит от перпендикулярного поля электрического смещения (D), достигая минимального значения 0,1me при D = ~ -1,0 В/нм.
Квантовые колебания, перестраиваемые электрическим полем.
Квантовые колебания в гибридизованной щели с инверсией зон.
Чтобы объяснить эти аномальные явления, исследователи построили феноменологическую модель перевернутой полосы. С параметрами, извлеченными из экспериментов, расчеты плотности состояний по модели качественно воспроизводят перестраиваемые электрические поля QO коррелированных изоляторов.
Наблюдение QO изоляторов в этом исследовании устанавливает тесную связь с другими сильно коррелированными системами, такими как изоляторы Кондо, топологические изоляторы и экситонные изоляторы, и убедительно свидетельствует о том, что в этой системе должны быть обнаружены более экзотические фазы.
