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石墨烯量子振蕩,先發Nature,再發Science!

石墨烯量子振蕩,先發Nature,再發Science!

  • 分類:新聞資訊
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2024-01-19
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【概要描述】

石墨烯量子振蕩,先發Nature,再發Science!

【概要描述】

  • 分類:新聞資訊
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  • 發布時間:2024-01-19
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      金屬在外部磁場作用下的熱力學和輸運性質的振蕩是一種基本的量子效應,源于回旋軌道區域的量子化。在2D系統中,由離散朗道能級(LL)解釋的量子振蕩(QOs)的周期性與所施加的場和費米表面(FS)幾何結構具有普遍關系。振蕩對于解析莫爾條紋材料的能帶結構(BS)是必不可少的,其中超晶格電勢的存在和增強的電子-電子相互作用導致形成具有多個FSs和對稱破缺態的窄微帶。此外QOs還可以揭示石墨烯中的能帶拓撲結構和應變誘導的偽磁場。
  在塊狀材料中,QOs是通過測量由de Haas-van Alphen(dHvA)效應引起的磁化振蕩來檢測的。然而,在2D電子系統中,熱力學性質的這些振蕩通常無法觀測。這將二維電子系統的研究主要局限于輸運系數的非熱力學Shubnikov-de Haas(SdH)振蕩。然而,通過使用毫米大小的樣品以及磁性摻雜的硒化鋅(ZnSe),一些研究已經成功地解決了砷化鎵(GaAs)異質結構中二維電子氣(2DEG)的磁化振蕩。相比之下,剝離的干凈范德華結構的尺寸通常限制在幾十微米以內,這使得在原子薄系統中觀察dHvA效應相當具有挑戰性。此外,先前在2DEG和塊狀材料中的dHvA研究是整體的,沒有提供關于局部BS和熱力學電子性質的空間信息。為此,以色列魏茨曼科學研究所Eli Zeldov教授和美國麻省理工學院Leonid S. Levitov教授團隊在Science上發文報道了在莫爾石墨烯中,因de Haas-van Alphen效應引起熱力學磁化振蕩的納米尺度成像。
  近日,Eli Zeldov教授團隊在Nature上發文,報道了基于掃描超導量子干涉裝置,在一個模型系統(具有雙柵的伯納爾Bernal堆疊三層石墨烯)中,實現了de Haas-van Alphen量子振蕩的成像,并顯示了幾個高度可調的能帶。

  研究人員在溫度T=300 mK下進行BLG樣品的縱向電阻率(ρxx)和霍爾電阻率(ρyx)的傳輸測量,并將其作為施加的面外磁場Ba和載流子密度n的函數。

圖1 在六方氮化硼hBN對齊的伯納爾堆疊雙層石墨烯(BLG)中的傳輸測量 © 2024 AAAS

為了研究磁化振蕩,研究人員非常靈敏的磁力計(一種超導量子干涉裝置)放置在pipette鋒利頂端,掃描了莫爾石墨烯樣品,結果探測到了磁化振蕩的模式,并利用這些數據重建了復雜的能帶結構。

圖2 de Haas-van Alphen (dHvA)效應成像 © 2024 AAAS

創新點

  研究通過利用超導量子干涉儀尖端掃描與六方氮化硼晶軸對齊的Bernal雙層石墨烯晶體,揭示了弱磁場中幅度達到每電子500玻爾磁子的大型磁化振蕩,表現出意外低的頻率,以及對超晶格填充分數的高靈敏度。這種振蕩有助于重構復雜的能帶結構,進而揭示具有多重疊費米子表面的窄莫爾能帶。
 
科學啟迪
  由于QOs對BS細節的極端敏感性,研究人員的測量提供了一個獨特的多頻帶莫爾FSs及其低能電子特性的探針?;赟QUID掃描在Bernal BLG晶軸與六方氮化硼對齊的尖端,揭示了在弱磁場中振幅達到每個電子500個玻爾磁子的較大磁化振蕩、出乎意料的低頻率,以及對超晶格填充分數的高靈敏度。這一量子振蕩,可用于重建復雜的能帶結構,進而揭示了具有多個重疊費米面的窄莫爾帶,這些費米面被異常小的動量間隙隔開。還確定了一組量子振蕩,并違反了教科書中的Onsager Fermi面求和規則,這表明了由相干磁擊穿(CMB)引起的寬帶粒子-空穴疊加態形成,為CMB引起的粒子-空穴相干是莫爾條紋材料中能帶工程提供一個有吸引力但尚未探索的方向。
 
原文:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh3499

 

信息來源:Carbontech

科技日報

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