Video 1:una sequenza di scansioni della temperatura per diverse tensioni di backgate V bg incrementato da -8 V a 8 V a 4,2 K, B z =1 T, e V tg =8 V. Una corrente Idc viene pilotata dalla costrizione inferiore ad uno dei contatti superiori e il valore della corrente viene regolato con Vbg per mantenere la potenza totale dissipata nel campione di R 2p io dc 2=10 nW. La chiralità del sistema è in senso antiorario per i livelli di Landau negativi e in senso orario per i livelli di Landau positivi. Nel video, si può osservare l'evoluzione dei processi di generazione di entropia, visibili come anelli taglienti lungo i bordi, e l'evoluzione dei processi di generazione del lavoro, che appaiono sotto forma di caratteristiche più grandi e sfocate. A grandi fattori di riempimento |ν|≥ 10, anelli di "entropia" prevalentemente a valle sono visibili lungo il bordo inferiore del campione a destra (sinistra) della costrizione per negativo (positivo). In questo caso il numero di canali a valle è significativamente maggiore di quello dei canali ricostruiti a monte. Di conseguenza, i canali sono meglio equilibrati e quindi c'è meno backscattering e meno lavoro svolto lungo i bordi. In questa situazione la maggior parte del lavoro viene svolto alla costrizione ed i portatori energetici iniettati alla costrizione scorrono a valle e perdono la loro energia in eccesso attraverso l'emissione di fononi risonanti in corrispondenza dei difetti atomici visibili come gli anelli di "entropia". Questi anelli decadono a una distanza di ~15 µm dalla costrizione. A |ν|≲ 10, Gli archi di "lavoro" iniziano ad apparire oltre agli anelli di "entropia" lungo entrambe le direzioni a valle ea monte e la chiralità viene gradualmente persa. Questo comportamento ha origine dalla retrodiffusione tra canali non topologici che si contropropagano con conseguente generazione di lavoro lungo i canali che danno origine ad archi. Questo lavoro, generato lungo l'intera lunghezza dei canali piuttosto che in corrispondenza della costrizione, ormai la fonte energetica dominante che "alimenta" gli anelli di "entropia", spiegando l'assenza di decadimento nell'intensità dell'anello e l'assenza di chiralità. Questa dissipazione, distribuito su tutta la lunghezza dei bordi, diventa più prominente nel LL più basso, nLL=0, dove non sono presenti canali di bordo topologici. Tuttavia, la maggior parte della corrente scorre ancora lungo i bordi a causa della presenza di una o più coppie di canali di bordo non topologici contropropaganti. In questo stato metallico, così come negli stati metallici LL più alti, invece della comunemente ipotizzata retrodiffusione tra i bordi opposti del campione, la maggior parte della retrodiffusione si verifica tra i canali di contropropagazione all'interno dei bordi. Questo è il motivo per cui nel Video V1, difficilmente osserviamo alcuna dissipazione nel bulk a qualsiasi valore di Vbg, tranne che molto vicino al punto di neutralità della carica, dove la dissipazione complessiva nel campione raggiunge il massimo rivelando anelli appena visibili lungo i bordi interni dei fori quadrati (ν=-0,14 frame). Credito:Weizmann Institute of Science
Combinando il nostro nano-SQUID sulla punta con misurazioni di gate di scansione nella fase di Hall quantistica del grafene, siamo stati in grado di misurare e identificare separatamente i processi di lavoro e di dissipazione del calore. Le misurazioni mostrano che la dissipazione è governata dalla diafonia tra coppie contropropaganti di canali a valle e a monte che appaiono ai confini del grafene a causa della ricostruzione del bordo.
Invece del riscaldamento Joule locale, però, il meccanismo di dissipazione comprende due processi distinti e spazialmente separati. Il processo di generazione del lavoro che immaginiamo direttamente e che comporta il tunneling elastico dei portatori di carica tra i canali quantistici, determina le proprietà di trasporto ma non genera calore locale.
Il processo di generazione di calore ed entropia visualizzato in modo indipendente, in contrasto, si verifica non localmente su scattering risonante anelastico su singoli difetti atomici ai bordi del grafene (vedi anche il nostro lavoro precedente), pur non pregiudicando il trasporto. I nostri risultati offrono una visione cruciale dei meccanismi che nascondono la vera protezione topologica e suggeriscono sedi per l'ingegneria di stati quantistici più robusti per le applicazioni dei dispositivi. Di seguito sono riportate sequenze di scansioni misurate su diversi dispositivi al grafene a 4,2 K.
