a, El diseño esquemático que muestra el voltaje de la compuerta trasera V_bg^dc+V_bg^ac aplicado a la muestra MATBG y el cambio correspondiente en el campo magnético local B_z^ac (x,y) se refleja mediante el escaneo SOT. El mosaico de Chern se muestra esquemáticamente en el MATBG. b, m_z (x,y,ν_↑) medida en B_a=50 mT y ν=0,966. Los colores rojo (azul) indican magnetización diferencial local de tipo paramagnético (diamagnético). c, mapa de mosaico de Chern derivado de la evolución de m_z (x,y,ν_↑) que muestra las regiones intermedias semimetálicas C=1 (polarización KB, azul), C=-1 (KA, rojo) y C=0 ( verde). Crédito:Grover et al.
Investigadores del Weizmann Institute of Science, el Barcelona Institute of Science and Technology y el National Institute for Material Science de Tsukuba (Japón) han probado recientemente una topología de mosaico de Chern y el magnetismo de curvatura de Berry en grafeno de ángulo mágico. Su artículo, publicado en Nature Physics , ofrece una nueva perspectiva sobre el desorden topológico que puede ocurrir en los sistemas físicos de materia condensada.
"El grafeno bicapa retorcido de ángulo mágico (MATBG) ha despertado un gran interés en los últimos años debido a sus bandas planas accesibles experimentalmente, creando un campo de juego de física altamente correlacionada", Matan Bocarsly, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. , dijo a Phys.org, "Una de esas fases correlacionadas observadas en las mediciones de transporte es el efecto Hall anómalo cuántico, donde las corrientes de borde topológicas están presentes incluso en ausencia de un campo magnético aplicado".
El efecto Hall anómalo cuántico es un fenómeno relacionado con el transporte de carga, en el que la resistencia Hall de un material se cuantifica en la llamada constante de von Klitzing. Se asemeja al llamado efecto Hall cuántico entero, que Bocarsly y sus colegas habían estudiado extensamente en sus trabajos anteriores, particularmente en grafeno y MATBG.
Sobre la base de sus hallazgos anteriores, los investigadores se propusieron investigar más a fondo el efecto Hall anómalo cuántico utilizando las herramientas de medición que encontraron más efectivas. Para hacer esto, emplearon un dispositivo de interferencia cuántica superconductora de exploración (SQUID), que se fabricó en el vértice de una pipeta afilada. Este dispositivo es un magnetómetro local extremadamente sensible (es decir, un sensor que mide campos magnéticos), que puede recopilar imágenes en la escala de 100 nm.
"Al variar la densidad del portador de nuestra muestra, medimos la respuesta del campo magnético local", explicó Bocarsly. "A campos aplicados bajos, esta respuesta magnética se correlaciona exactamente con la magnetización orbital interna de las funciones de onda de Bloch, que es inducida por la curvatura de Berry. Entonces, en esencia, tenemos una sonda local que mide la curvatura de Berry local".
Medir directamente el magnetismo orbital inducido por la curvatura local de Berry en MATBG es una tarea muy desafiante, que nunca antes se había logrado. Esto se debe a que la señal es extremadamente débil, por lo que elude la mayoría de las herramientas de medición magnética existentes.
Bocarsly y sus colegas fueron los primeros en medir directamente esta escurridiza señal. Durante sus experimentos, también observaron una topología de mosaico de Chern en su muestra, identificando así un nuevo desorden topológico en MATBG.
"En general, se piensa que el número de Chern, o la topología de un sistema electrónico, es una invariante topológica global", dijo Bocarsly. "Observamos que en una escala de dispositivo (orden de micras), el número C no es invariable, sino que alterna entre +1 y -1. Esto introduce un nuevo tipo de desorden, el desorden topológico, en los sistemas de materia condensada que debe tenerse en cuenta. para la fabricación de dispositivos y el análisis teórico".
El reciente estudio de este equipo de investigadores contribuye en gran medida a la comprensión de MATBG, tanto en términos de magnetismo como de topología. En el futuro, podría informar el desarrollo de modelos teóricos más precisos de este material y, al mismo tiempo, facilitar potencialmente su implementación en varios dispositivos de computación cuántica.
"Nuestra sonda de magnetización orbital local de campo bajo también se puede utilizar para investigar otras propiedades fundamentales, como la ruptura de la simetría de inversión del tiempo local", agregó Bocarsly. "Todavía hay muchas preguntas abiertas sobre los estados de llenado de enteros de MATBG y las simetrías que obedecen, lo que podría ser una dirección interesante para la exploración futura".
© 2022 Red Ciencia X La detección directa de una transición de fase topológica a través de un cambio de signo en el dipolo de curvatura de Berry
