agosto 14, 2022

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Interferómetro Quantum Hall basado en grafeno marginalmente torcido

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El efecto Hall cuántico (QH) permite explotar la coherencia cuántica de los electrones en diversas aplicaciones, desde la metrología hasta la computación cuántica. La interferometría QH es una herramienta conveniente que proporciona una plataforma ejemplar para lograr estadísticas de empalme parcial del estado QH. Sin embargo, se requiere la coherencia de fase a lo largo del interferómetro y la supresión de la energía de carga de Coulomb para observar las estadísticas parciales.

estancia: Medición de interferencia de Quantum Hall en dominios trigonométricos de grafeno bicapa marginalmente torcido. Haber de imagen: Neon_dust/Shutterstock.com

En un reciente artículo publicado en la revista nanomensajes El interferómetro QH se fabricó en base a grafeno bicapa ligeramente torcido con un ángulo de torsión (θ) de 0,16°. Las operaciones del dispositivo en el sistema QH condujeron a las características únicas de la fuerza termomagnética, incluidas las vibraciones de Aharonov-Bohm (AhB) y Fabry-Pérot (FP) en la fase de campo magnético de la densidad, en la que los factores de relleno del plano de Landau (ν) eran 4, 8.

Los efectos de interferencia de QH en los dominios trigonométricos de AB/BA se limitaron al grafeno bicapa marginalmente retorcido y mostraron efectos de carga de Coulomb más bajos. Los resultados generales demostraron la superposición de correlación de fase del modo de borde QH sin la necesidad de una estructura compleja adicional, definida por una puerta lógica en el material de grafeno bicapa retorcido.

Interferometría QH en dominios triangulares y grafeno bicapa retorcido

La jerarquía de excitación de cuasipartículas se puede verificar mediante la superposición entre los patrones de borde QH fraccional y entero. Este método puede ayudar a observar las estadísticas de empalme no abeliano de cuasipartículas en el sistema QH parcial. Sin embargo, es difícil lograr este fenómeno experimentalmente debido a la inevitable repulsión de Coulomb de las cuasipartículas, que están confinadas espacialmente, cambiando así la región efectiva del interferómetro.

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El efecto de la carga adicional del interferómetro dificulta la solidez de las estadísticas de empalme. Sin embargo, aumentar las dimensiones del dispositivo puede evitar el efecto de carga adicional en el interferómetro a expensas de la coherencia de fase que alinea las rutas de interferencia. Como resultado, se han diseñado muchas estructuras de dispositivos y se han diseñado materiales para suprimir la repulsión de Coulomb sin afectar la coherencia de fase de las cuasipartículas.

Las propiedades físicas del grafeno bicapa retorcido dependen del ángulo de torsión entre dos capas de este material bidimensional (2D). El grafeno trenzado bicapa tiene un ángulo de torsión cercano a 1,1°. Este material de grafeno retorcido en 2D muestra las transiciones de fase de un sistema conductor a una fase aislante correlacionada, una fase ferromagnética y una fase superconductora.

El presente estudio discutió un nuevo proceso de interferómetro QH basado en grafeno bicapa marginalmente torcido. Estructura de cinta de muaré de grafeno bicapa retorcida alrededor del ángulo mágico (θ).METRO) de 1,1 grados podría facilitar una amplia variedad de nuevas fases, como la superconductividad, el magnetismo y los aislantes adheridos.

Sin embargo, en el ángulo de torsión de la bicapa, el grafeno se tuerce hacia abajo.METRO, los registros atómicos en una red muaré se alteran por efectos de relajación, lo que da como resultado la estructura de mosaico de regiones triangulares con apilamiento AB y BA alternantes, separadas por paredes de dominio. Sin embargo, la brecha fuera de las regiones AB o BA en el grafeno bicapa retorcido debido al campo de desplazamiento vertical da como resultado canales de conducción de red unidimensionales (1D) alojados en las paredes del dominio.

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Dominios triples de grafeno bicapa marginalmente torcido

Aquí, las mediciones termoeléctricas y eléctricas se realizaron en grafeno bicapa marginalmente retorcido de θ1.6 ° en el régimen QH correcto y en campos de desplazamiento insignificantes. Aquí, el coeficiente termoeléctrico proporcionó la caracterización básica del estado electrónico debido a la sensibilidad del portador de carga a la dinámica de dispersión.

Además, las excitaciones de cuasipartículas llevaron la entropía en el sistema QH. En este sistema, la fuerza termomagnética proporcionó información sobre el espectro de cuasipartículas. Además, en condiciones adecuadas, las mediciones termoeléctricas ayudaron a explorar las propiedades estadísticas de las partículas no abelianas debido a la mayor entropía del ion en comparación con las abelianas. En el sistema QH, las diferentes propiedades del efecto de interferencia se investigaron utilizando la correlación entre el potencial térmico y el campo magnético (B) junto con la intensidad inducida por la puerta (n).

conclusión

Brevemente, la transferencia de energía termomagnética del grafeno bicapa marginalmente retorcido se midió con θ de aproximadamente 0,16 °. Las oscilaciones periódicas del voltaje térmico en B y n fueron sincrónicas con la interferencia electrónica FP y AhB entre los caminos de los portadores de carga que rodeaban un flujo magnético finito de tan solo 3 K en grafeno bicapa retorcido.

Las mediciones de potencial térmico mostraron oscilaciones periódicas que no estaban presentes en las mediciones de resistencia convencionales. El patrón de resonancia apareció en el sistema QH en 4 y 8. El bucle obtenido a partir de la frecuencia de las vibraciones de AhB era como del tamaño de una red muaré.

Los resultados generales indicaron que los transportistas de carga locales de nivel Landau se encuentran dentro de los dominios trigonométricos AB/BA. Además, los modos QH se superpusieron a través de las regiones apiladas AA. El efecto de interferencia QH original en el grafeno bicapa ligeramente retorcido podría servir como una nueva plataforma para lograr estadísticas iónicas en el régimen QH.

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referencia

Mahapatra, P.S., Garg, M, Gauri, B, Jayaraman, A., Watanabe, K, Taniguchi, T, Ghosh, A. et al. (2022). Medición de interferencia de Quantum Hall en dominios trigonométricos de grafeno bicapa marginalmente torcido. nanomensajes. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00627

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