Открыт управляемый нелинейный эффект Холла в скрученном двухслойном графене
Группа международных исследователей под руководством Гонконгского университета (HKU) и Университета науки и технологий (HKUST) сделала важное открытие в области квантовых материалов, открыв контролируемый нелинейный эффект Холла в скрученном двухслойном графене. Результаты, опубликованные в Physical Review Letters, проливают новый свет на уникальные свойства двумерных квантово-муаровых материалов и открывают перспективы для широкого спектра применений в таких отраслях, как новые материалы и квантовая информация, для достижения терагерцового обнаружения со сверхвысокой чувствительностью при комнатной температуре.
Экспериментальная установка скрученного двухслойного графена (слева) и идеальное сравнение теоретических расчетов и экспериментальных результатов.
Фото: Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.066301.
Команда, состоящая из к.т.н. студент Сюй Чжан и его научный руководитель доктор Цзы Ян Мэн с факультета физики Гонконгского университета; Профессор Нин Ван с факультета физики HKUST и его постдокторанты Мэйчжэнь Хуан и Цзэфэй Ву (в настоящее время научный сотрудник Манчестерского университета); а также профессор Кай Сан из Мичиганского университета провели углубленное исследование, используя сочетание теории, вычислений и экспериментов.
Они обнаружили, что, регулируя дисперсию топологических плоских зон в скрученном двухслойном графене, можно легко контролировать и манипулировать дипольными моментами кривизны Берри, которые играют решающую роль в эффекте Холла (подробности можно найти в дополнительном примечании).
Используя вертикально приложенное электрическое поле, исследователи обнаружили, что дисперсию плоских полос в скрученном графене можно легко настроить, и наблюдали четкую нелинейную реакцию напряжения в продольном направлении при подаче поперечного тока возбуждения. Реакция значительно варьировалась в зависимости от регулировки приложенного поля, углов деформации и поворота, демонстрируя увеличение, уменьшение и изменение направления.
Эти экспериментальные наблюдения подтвердили чувствительность нелинейного транспортного поведения к скольжению горячих точек кривизны Берри в топологических плоских зонах, что прекрасно объясняется их теоретическими расчетами.
Исследователи также исследовали роль потенциала муара и угла закручивания в управляемом нелинейном эффекте Холла скрученного двухслойного графена. Они обнаружили, что сила муарового потенциала играет решающую роль в определении величины наблюдаемого нелинейного отклика. Изменяя угол закручивания между слоями графена, исследователи смогли манипулировать потенциалом муара и, следовательно, контролировать нелинейное транспортное поведение.
Управляемый нелинейный эффект Холла, продемонстрированный в скрученном двухслойном графене, имеет большой потенциал для реализации квантовых материалов Холла и нелинейных эффектов Холла на новых экспериментальных платформах. В отличие от традиционных электронных устройств, нелинейный эффект Холла в графене, вызванный низкочастотными токами, не имеет порога напряжения или ограничений по времени перехода. Это открывает возможности для применения в умножении и выпрямлении частоты с использованием токов низкой частоты, особенно в терагерцовом диапазоне частот со значительным откликом и сверхвысокой чувствительностью при комнатной температуре.
Открытие управляемого нелинейного эффекта Холла в скрученном двухслойном графене представляет собой значительный прогресс в области квантовых материалов. Это открывает путь для дальнейших исследований и приложений в области физики конденсированного состояния, новых материалов и квантовой информации.
