Científicos del ICFO, Princeton y NIMS han descubierto una secuencia completa de aisladores Chern con simetría rota que son inducidos por fuertes correlaciones en el grafeno del ángulo mágico. El estudio ha sido publicado en Física de la naturaleza .

Un aislador Chern es un aislante 2D que rompe espontáneamente la simetría de inversión del tiempo y aloja estados de borde quirales conductores. El estudio de los aisladores Chern en la última década ha profundizado la comprensión de la materia condensada y podría conducir al desarrollo de productos electrónicos de bajo consumo de energía. El grafeno bicapa retorcido de ángulo mágico (MATBG) ha surgido recientemente como una plataforma rica para explorar correlaciones sólidas, superconductividad y magnetismo y topología de banda.

En un estudio reciente publicado en Física de la naturaleza , un equipo de científicos que incluye a la investigadora del ICFO Ipsita Das, Xiaobo Lu (ex postdoctorado en ICFO), dirigido por el profesor Dmitri Efetov del ICFO y sus colegas de Princeton (Jonah Herzog-Arbeitman, Zhida Song y B. Andrei Bernevig) y el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales (Kenji Watanabe y Takashi Taniguchi), ha informado de una secuencia completa de aisladores Chern con simetría rota dentro de las bandas planas del grafeno del ángulo mágico.

En contraste con los aisladores tradicionales de Chern, que generalmente se logran en aisladores topológicos magnetizados, los aisladores Chern recién descubiertos en grafeno de ángulo mágico, que solo consta de átomos de carbono no magnéticos, se originan a partir de una fuerte ruptura de simetría inducida por correlación. En su experimento, utilizaron la técnica de magneto-transporte para medir tanto la resistencia longitudinal como la resistencia del pasillo. Se las arreglaron para observar aisladores Chern con una secuencia mágica de conductancia Hall cuantificada C =± 1, ± 2, ± 3, ± 4 que se nuclean a partir de rellenos enteros de la celda unitaria de muaré =± 3, ± 2, ± 1, 0 correspondientemente. La secuencia mágica y la correspondencia de los números de Chern y los factores de llenado sugieren que estos estados son impulsados ​​directamente por interacciones electrónicas que rompen específicamente la simetría de inversión del tiempo en el sistema.

Es más, estudiaron las oscilaciones cuánticas de magneto en las bandas dispersivas de alta energía aún inexploradas del grafeno bicapa de ángulo mágico. En un campo magnético, el espectro de energía muestra una rica secuencia de pasos a nivel que provienen directamente de la dispersión única similar a Rashba de las bandas. Un análisis más detallado de los cruces a nivel de Landau permitió a los investigadores proporcionar restricciones sobre los parámetros w0 y w1 del Bistritzer-MacDonald MATBG Hamiltonian.

El estudio proporciona información directa sobre la naturaleza compleja de la ruptura de simetría en MATBG y permite pruebas cuantitativas de los escenarios microscópicos propuestos para sus fases electrónicas. Ipsita Das, investigador del ICFO y primer autor del estudio dice:"Quedamos bastante atónitos cuando vimos la riqueza de estos nuevos estados topológicos por primera vez".

Dr. Xiaobo Lu, ex postdoctorado del ICFO y coautor de este estudio, dice, "La observación de una topología no trivial en el grafeno de ángulo mágico superconductor es emocionante. La integración de una fuerte correlación, la superconductividad y las fases de aislamiento de Chern en el grafeno bicapa de ángulo mágico podrían conducir a nuevas vías de investigación en el futuro ".

El profesor del ICFO Dmitri Efetov dice:"Estos logros marcan el siguiente paso en la comprensión de las asombrosas propiedades del grafeno bicapa retorcido, añadiendo ahora la topología como una de sus características definitorias ".