a, Il layout schematico che mostra la tensione di backgate V_bg^dc+V_bg^ac applicata al campione MATBG e il corrispondente cambiamento nel campo magnetico locale B_z^ac (x,y) viene ripreso utilizzando la scansione SOT. Il mosaico di Chern è mostrato schematicamente nel MATBG. b, m_z (x,y,ν_↑) misurati a B_a=50 mT e ν=0,966. I colori rosso (blu) indicano una magnetizzazione differenziale locale di tipo paramagnetico (di tipo diamagnetico). c, mappa del mosaico di Chern derivata dall'evoluzione di m_z (x, y, ν_↑) che mostra C=1 (polarizzazione KB, blu), C=-1 (KA, rosso) e C=0 o regioni intermedie semimetalliche ( verde). Credito:Grover et al.
I ricercatori del Weizmann Institute of Science, dell'Istituto di scienza e tecnologia di Barcellona e dell'Istituto nazionale per la scienza dei materiali di Tsukuba (Giappone) hanno recentemente sondato una topologia a mosaico di Chern e un magnetismo a curvatura di bacca nel grafene ad angolo magico. Il loro articolo, pubblicato su Nature Physics , offre nuove informazioni sul disordine topologico che può verificarsi nei sistemi fisici della materia condensata.
"Il grafene a doppio strato ad angolo magico (MATBG) ha suscitato un enorme interesse negli ultimi anni grazie alle sue bande piatte accessibili sperimentalmente, creando un parco giochi di fisica altamente correlata", Matan Bocarsly, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio , ha detto a Phys.org, "Una di queste fasi correlate osservata nelle misurazioni del trasporto è l'effetto Hall anomalo quantistico, in cui le correnti di bordo topologiche sono presenti anche in assenza di un campo magnetico applicato".
L'effetto Hall anomalo quantistico è un fenomeno correlato al trasporto di carica, in cui la resistenza Hall di un materiale viene quantizzata alla cosiddetta costante di von Klitzing. Assomiglia al cosiddetto effetto Hall quantistico intero, che Bocarsly e il suo collega avevano studiato a fondo nei loro lavori precedenti, in particolare in grafene e MATBG.
Basandosi sulle loro scoperte passate, i ricercatori hanno deciso di indagare ulteriormente sull'effetto Hall anomalo quantistico utilizzando gli strumenti di misurazione che hanno ritenuto essere i più efficaci. Per fare ciò, hanno impiegato un dispositivo di interferenza quantistica superconduttore a scansione (SQUID), fabbricato all'apice di una pipetta affilata. Questo dispositivo è un magnetometro locale estremamente sensibile (cioè un sensore che misura i campi magnetici), che può raccogliere immagini nella scala di 100 nm.
"Variando la densità del vettore del nostro campione, abbiamo misurato la risposta del campo magnetico locale", ha spiegato Bocarsly. "A bassi campi applicati questa risposta magnetica è esattamente correlata alla magnetizzazione orbitale interna delle funzioni d'onda di Bloch, che è indotta dalla curvatura di Berry. Quindi, in sostanza abbiamo una sonda locale che misura la curvatura locale di Berry."
Misurare direttamente il magnetismo orbitale indotto dalla curvatura locale di Berry in MATBG è un compito molto impegnativo, che non era mai stato raggiunto prima. Questo perché il segnale è estremamente debole, quindi sfugge alla maggior parte degli strumenti di misurazione magnetica esistenti.
Bocarsly ei suoi colleghi sono stati i primi a misurare direttamente questo segnale inafferrabile. Durante i loro esperimenti, hanno anche osservato una topologia a mosaico di Chern nel loro campione, identificando così un nuovo disordine topologico nel MATBG.
"Il numero di Chern, o la topologia di un sistema elettronico, è generalmente considerato un invariante topologico globale", ha affermato Bocarsly. "Abbiamo osservato che su una scala del dispositivo (ordine dei micron), il numero C non è invariante, ma alterna tra +1 e -1. Ciò introduce un nuovo tipo di disordine, il disordine topologico, nei sistemi di materia condensata che deve essere tenuto in considerazione per la fabbricazione di dispositivi e l'analisi teorica."
Il recente studio di questo team di ricercatori contribuisce notevolmente alla comprensione del MATBG, sia in termini di magnetismo che di topologia. In futuro, potrebbe informare lo sviluppo di modelli teorici più precisi di questo materiale, facilitando anche potenzialmente la sua implementazione in vari dispositivi di calcolo quantistico.
"La nostra sonda di magnetizzazione orbitale locale a basso campo può essere utilizzata anche per studiare altre proprietà fondamentali come la rottura della simmetria dell'inversione del tempo locale", ha aggiunto Bocarsly. "Ci sono ancora molte domande aperte sugli stati di riempimento intero di MATBG e sulle simmetrie a cui obbediscono, il che potrebbe essere una direzione interessante per l'esplorazione futura". + Esplora ulteriormente
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