L’observation de la mosaïque de Chern et du magnétisme de la courbure de Berry dans le graphène à angle magique

a, Disposition schématique avec tension de grille arrière V_bg ^ dc + V_bg ^ ac appliquée à l’échantillon MATBG et le changement correspondant dans le champ magnétique local B_z ^ ac (x, y) est imagé à l’aide du balayage SOT. La mosaïque de Chern est représentée schématiquement dans le MATBG. b, m_z (x,y,ν_↑) mesuré à B_a=50 mT et ν=0,966. Les couleurs rouges (bleues) indiquent une aimantation différentielle locale de type paramagnétique (de type diamagnétique). c, carte mosaïque de Chern dérivée de l’évolution de m_z (x,y,ν_↑) avec les régions intermédiaires C=1 (polarisation KB, bleu), C=-1 (KA, rouge) et C=0 ou semi-métalliques (légumes). Crédit : Grover et al.

Des chercheurs de l’Institut Weizmann des sciences, de l’Institut des sciences et technologies de Barcelone et de l’Institut national des sciences des matériaux de Tsukuba, au Japon, ont récemment examiné une topologie en mosaïque de Chern et un magnétisme à courbure de Berry dans du graphène à angle magique. Leur article, publié dans Physique de la naturefournit un nouvel aperçu du désordre topologique qui peut se produire dans les systèmes physiques de matière condensée.

“Le graphène bicouche torsadé à angle magique (MATBG) a suscité un énorme intérêt ces dernières années en raison de ses pneus à plat accessibles expérimentalement, créant un terrain de jeu de physique hautement corrélé”, a déclaré Matan Bocarsly, l’un des chercheurs qui a mené l’étude, à Phys.org : “L’une de ces phases corrélées observées dans les mesures de transport est l’effet Hall aberrant quantique, où des courants de bord topologiques sont présents même en l’absence d’un champ magnétique appliqué.”

L’effet Hall anormal quantique est un phénomène lié au transport de charge, dans lequel la résistance Hall d’un matériau est quantifiée par la constante dite de von Klitzing. Il ressemble à ce que l’on appelle l’effet Hall quantique entier, que Bocarsly et ses collègues avaient largement étudié dans leurs travaux précédents, en particulier dans le graphène et le MATBG.

S’appuyant sur leurs découvertes précédentes, les chercheurs ont entrepris d’étudier plus avant l’effet Hall aberrant quantique en utilisant les outils de mesure qu’ils ont trouvés les plus efficaces. Pour ce faire, ils ont utilisé un dispositif d’interférence quantique supraconducteur à balayage (SQUID), fabriqué au-dessus d’une pipette pointue. Cet appareil est un magnétomètre local très sensible (c’est-à-dire un capteur qui mesure les champs magnétiques), qui peut collecter des images à l’échelle de 100 nm.

“En faisant varier la densité de porteurs de notre échantillon, nous avons mesuré la réponse du champ magnétique local”, explique Bocarsly. “A de faibles champs appliqués, cette réponse magnétique est précisément corrélée à l’aimantation orbitale interne des fonctions d’onde de Bloch, qui est causée par la courbure de Berry. Nous avons donc essentiellement une sonde locale mesurant la courbure locale de Berry.”

Mesurer directement le magnétisme orbital causé par la courbure locale de Berry dans MATBG est une tâche très difficile, qui n’avait jamais été réalisée auparavant. En effet, le signal est extrêmement faible, évitant la plupart des instruments de mesure magnétiques existants.

Bocarsly et ses collègues ont été les premiers à mesurer directement ce signal insaisissable. Au cours de leurs expériences, ils ont également observé une topologie en mosaïque de Chern dans leur échantillon, identifiant un nouveau désordre topologique dans MATBG.

“Le nombre de Chern, ou la topologie d’un système électronique, est largement considéré comme un invariant topologique global”, a déclaré Bocarsly. “Nous avons observé qu’à l’échelle de l’appareil (de l’ordre du micron), le nombre C n’est pas invariant, mais alterne entre +1 et -1. Cela introduit un nouveau type de désordre, le désordre topologique, dans les systèmes de matière condensée avec lesquels il faut compter. tenue pour la fabrication de dispositifs et l’analyse théorique. »

L’étude récente de cette équipe de chercheurs contribue grandement à la compréhension du MATBG, tant en termes de magnétisme que de topologie. À l’avenir, cela pourrait éclairer le développement de modèles théoriques plus précis de ce matériau, tout en facilitant potentiellement sa mise en œuvre dans divers ordinateurs quantiques.

“Notre sonde d’aimantation orbitale locale à faible champ peut également être utilisée pour étudier d’autres propriétés fondamentales, telles que la rupture de l’inversion temporelle locale de la symétrie”, a ajouté Bocarsly. “Il reste encore de nombreuses questions ouvertes sur les états de remplissage entiers de MATBG et les symétries auxquelles ils obéissent, ce qui pourrait être une direction intéressante pour les recherches futures.”


La détection directe d’une transition de phase topologique par un changement de signe dans le dipôle de courbure de Berry


Plus d’information:
Sameer Grover et al, mosaïque de Chern et magnétisme de courbure de Berry dans le graphène à angle magique, Physique de la nature (2022). DOI : 10.1038/s41567-022-01635-7

© 2022 Réseau Science X

Devis: The observation of Chern mosaic and Berry curvature magnetism in magic angle graphene (2022, 22 juillet) récupéré le 23 juillet 2022 sur https://phys.org/news/2022-07-chern-mosaic-berry-curvature- magnetism- magie.html

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