Livelli di Landau in diseleniuro di tungsteno monostrato drogato (WSe2 ):Schema che mostra i livelli di Landau nel monostrato drogato WSe2 , in risposta a un campo magnetico esterno, B. Le valli sono mostrate in blu e arancione. Il fattore g, g*vK, è migliorato a causa delle interazioni dinamiche a molti corpi derivanti dal cambiamento nella densità del vettore in ciascuna valle, poiché la differenza di energia tra gli estremi della valle, Ez, cambia con B. Credit:npj Materiali di calcolo (2021). DOI:10.1038/s41524-021-00665-8
I ricercatori della National University of Singapore hanno previsto che i livelli di Landau appartenenti a diverse valli in un materiale valletronico bidimensionale (2D), il diseleniuro di tungsteno monostrato (WSe2 ), può essere allineato a un campo magnetico critico.
L'allineamento di entità distinte, come due raggi laser o due pilastri, è un obiettivo comune in molti campi della scienza e dell'ingegneria. Nel mondo più esotico della meccanica quantistica, l'allineamento dei livelli elettronici quantizzati può consentire la creazione di particelle chiamate pseudo-spinor utili per le applicazioni di calcolo quantistico.
Livelli elettronici quantizzati emergono quando un campo magnetico viene applicato a un materiale 2D. Questi livelli sono chiamati livelli di Landau. Di particolare interesse sono i livelli di Landau nei materiali Valleytronic. I materiali Valleytronic sono materiali in cui è possibile controllare non solo la carica o lo spin di un elettrone, ma anche la "valle" a cui appartiene l'elettrone. In generale, i portatori di carica in diverse valli viaggiano in direzioni opposte.
In questo lavoro, il gruppo di ricerca guidato dal Professore Associato Quek Su Ying del Dipartimento di Fisica dell'Università Nazionale di Singapore ha sviluppato un approccio per tenere conto dell'effetto delle interazioni dinamiche elettrone-elettrone nella previsione dei livelli di energia nei materiali valtronici in presenza di un campo magnetico. Le loro previsioni hanno mostrato che queste interazioni con molti corpi amplificavano gli effetti di un campo magnetico sui materiali provocando uno spostamento dei loro livelli di energia. Quando applicato a WSe2 monostrato , i risultati computazionali sono risultati in accordo quantitativo con la letteratura sperimentale, convalidando il nuovo approccio. Questa amplificazione è quantificata da un potenziamento dei cosiddetti fattori g di Landé.
Il team ha osservato che l'aumento dei fattori g è dovuto a un cambiamento nella popolazione di portatori di carica in ciascuna valle, in risposta a un cambiamento nel campo magnetico. Tuttavia, quando il campo magnetico è sufficientemente forte in modo tale che tutti i portatori si trovino nella stessa valle (tutti i portatori si spostano nella valle blu nell'immagine sopra), questo cambiamento nella popolazione dei portatori non può più verificarsi e i fattori g diminuiscono bruscamente. In questo campo magnetico critico, i portatori di carica possono oscillare avanti e indietro tra le due valli e questo può portare all'allineamento dei livelli di Landau nelle due valli.
Il dottor Xuan Fengyuan, un borsista post-dottorato del team di ricerca, ha affermato:"A causa dei grandi fattori g presenti in WSe2 , i campi magnetici critici previsti sono piccoli, quindi questo effetto può essere realizzato nei laboratori standard."
"Rispetto alle proposte precedenti, l'allineamento dei livelli di Landau previsto in questo lavoro è robusto alle fluttuazioni della densità del vettore. Osservazioni recenti di stati di Hall quantistici frazionari in 2D WSe2 suggeriscono la possibilità di utilizzare l'allineamento del livello di Landau come mezzo per abilitare applicazioni di calcolo quantistico topologico", ha aggiunto il prof Quek. + Esplora ulteriormente
