Niveles de Landau en diseleniuro de tungsteno monocapa dopado (WSe2 ):Esquema que muestra los niveles de Landau en monocapa dopada WSe2 , en respuesta a un campo magnético externo, B. Los valles se muestran en azul y naranja. El factor g, g*vK, se mejora debido a las interacciones dinámicas de muchos cuerpos que surgen del cambio en la densidad de portadores en cada valle, ya que la diferencia de energía entre los extremos del valle, Ez, cambia con B. Crédito:npj Materiales Computacionales (2021). DOI:10.1038/s41524-021-00665-8
Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur han predicho que los niveles de Landau pertenecientes a diferentes valles en un material de valletrónico bidimensional (2D), monocapa de diseleniuro de tungsteno (WSe2 ), se puede alinear en un campo magnético crítico.
La alineación de distintas entidades, como dos rayos láser o dos pilares, es un objetivo común en muchos campos de la ciencia y la ingeniería. En el mundo más exótico de la mecánica cuántica, la alineación de niveles electrónicos cuantificados puede permitir la creación de partículas llamadas pseudoespinores que son útiles para aplicaciones de computación cuántica.
Los niveles electrónicos cuantificados surgen cuando se aplica un campo magnético a un material 2D. Estos niveles se denominan niveles de Landau. De particular interés son los niveles de Landau en materiales valletrónicos. Los materiales de Valleytronic son materiales en los que uno puede controlar no solo la carga o el giro de un electrón, sino también el "valle" al que pertenece el electrón. En general, los portadores de carga en diferentes valles viajan en direcciones opuestas.
En este trabajo, el equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Quek Su Ying del Departamento de Física de la Universidad Nacional de Singapur desarrolló un enfoque para explicar el efecto de las interacciones dinámicas electrón-electrón al predecir los niveles de energía en materiales valletrónicos en presencia de un campo magnético Sus predicciones mostraron que estas interacciones de muchos cuerpos amplificaron los efectos de un campo magnético en los materiales al provocar un cambio en sus niveles de energía. Cuando se aplica a monocapa WSe2 , se encontró que los resultados computacionales concordaban cuantitativamente con la literatura experimental, lo que validaba el nuevo enfoque. Esta amplificación se cuantifica mediante una mejora de los denominados factores g de Landé.
El equipo observó que la mejora en los factores g surgió debido a un cambio en la población de portadores de carga en cada valle, en respuesta a un cambio en el campo magnético. Sin embargo, cuando el campo magnético es lo suficientemente fuerte como para que todos los portadores estén ubicados en el mismo valle (todos los portadores se mueven hacia el valle azul en la imagen de arriba), este cambio en la población de portadores ya no puede ocurrir y los factores g caen. abruptamente. En este campo magnético crítico, los portadores de carga pueden oscilar entre los dos valles y esto puede conducir a la alineación de los niveles de Landau en los dos valles.
El Dr. Xuan Fengyuan, becario postdoctoral del equipo de investigación, dijo:"Debido a los grandes factores g presentes en WSe2 , los campos magnéticos críticos predichos son pequeños, por lo que este efecto se puede realizar en laboratorios estándar".
"En comparación con propuestas anteriores, la alineación de los niveles de Landau predicha en este trabajo es resistente a las fluctuaciones en la densidad de portadores. Observaciones recientes de estados de Hall cuánticos fraccionarios en 2D WSe2 sugieren la posibilidad de utilizar la alineación de niveles de Landau como un medio para habilitar aplicaciones de computación cuántica topológica", agregó el profesor Quek. + Explore más
