a, Disposition schématique montrant la tension de backgate V_bg ^ dc + V_bg ^ ac appliquée à l'échantillon MATBG et le changement correspondant dans le champ magnétique local B_z ^ ac (x, y) est imagé à l'aide du balayage SOT. La mosaïque de Chern est représentée schématiquement dans le MATBG. b, m_z (x,y,ν_↑) mesuré à B_a=50 mT et ν=0,966. Les couleurs rouges (bleues) indiquent une aimantation différentielle locale de type paramagnétique (de type diamagnétique). c, carte en mosaïque de Chern dérivée de l'évolution de m_z (x,y,ν_↑) montrant les régions intermédiaires C=1 (polarisation KB, bleu), C=-1 (KA, rouge) et C=0 ou semimétalliques ( vert). Crédit :Grover et al.
Des chercheurs de l'Institut Weizmann des sciences, de l'Institut des sciences et technologies de Barcelone et de l'Institut national des sciences des matériaux de Tsukuba (Japon) ont récemment sondé une topologie en mosaïque de Chern et un magnétisme à courbure de Berry dans du graphène à angle magique. Leur article, publié dans Nature Physics , offre de nouvelles informations sur le désordre topologique qui peut se produire dans les systèmes physiques à matière condensée.
"Le graphène bicouche torsadé à angle magique (MATBG) a suscité un énorme intérêt au cours des dernières années en raison de ses bandes plates expérimentalement accessibles, créant un terrain de jeu de physique hautement corrélée", a déclaré Matan Bocarsly, l'un des chercheurs qui a mené l'étude. , a déclaré à Phys.org :"L'une de ces phases corrélées observées dans les mesures de transport est l'effet Hall anormal quantique, où des courants de bord topologiques sont présents même en l'absence d'un champ magnétique appliqué."
L'effet Hall anormal quantique est un phénomène lié au transport de charge, dans lequel la résistance Hall d'un matériau est quantifiée à la constante dite de von Klitzing. Il ressemble à ce que l'on appelle l'effet Hall quantique entier, que Bocarsly et son collègue avaient largement étudié dans leurs travaux précédents, en particulier sur le graphène et le MATBG.
S'appuyant sur leurs découvertes passées, les chercheurs ont entrepris d'étudier plus avant l'effet Hall anormal quantique en utilisant les outils de mesure qu'ils ont trouvés les plus efficaces. Pour ce faire, ils ont utilisé un dispositif d'interférence quantique supraconducteur à balayage (SQUID), qui a été fabriqué sur le sommet d'une pipette pointue. Cet appareil est un magnétomètre local extrêmement sensible (c'est-à-dire un capteur qui mesure les champs magnétiques), qui peut collecter des images à l'échelle de 100 nm.
"En faisant varier la densité de porteurs de notre échantillon, nous avons mesuré la réponse du champ magnétique local", a expliqué Bocarsly. "Aux faibles champs appliqués, cette réponse magnétique est exactement corrélée à l'aimantation orbitale interne des fonctions d'onde de Bloch, qui est induite par la courbure de Berry. Nous avons donc essentiellement une sonde locale qui mesure la courbure locale de Berry."
Mesurer directement le magnétisme orbital induit par la courbure locale de Berry dans MATBG est une tâche très difficile, qui n'avait jamais été atteinte auparavant. En effet, le signal est extrêmement faible, il échappe donc à la plupart des outils de mesure magnétiques existants.
Bocarsly et ses collègues ont été les premiers à mesurer directement ce signal insaisissable. Au cours de leurs expériences, ils ont également observé une topologie en mosaïque de Chern dans leur échantillon, identifiant ainsi un nouveau désordre topologique dans MATBG.
"Le nombre de Chern, ou la topologie d'un système électronique, est généralement considéré comme un invariant topologique global", a déclaré Bocarsly. "Nous avons observé qu'à l'échelle de l'appareil (ordre du micron), le nombre C n'est pas invariant, mais alterne entre +1 et -1. Cela introduit un nouveau type de désordre, le désordre topologique, dans les systèmes de matière condensée qui doit être pris en compte. pour la fabrication de dispositifs et l'analyse théorique."
L'étude récente de cette équipe de chercheurs contribue grandement à la compréhension du MATBG, tant au niveau de son magnétisme que de sa topologie. À l'avenir, cela pourrait éclairer le développement de modèles théoriques plus précis de ce matériau, tout en facilitant potentiellement sa mise en œuvre dans divers dispositifs informatiques quantiques.
"Notre sonde d'aimantation orbitale locale à faible champ peut également être utilisée pour étudier d'autres propriétés fondamentales telles que la rupture de symétrie d'inversion temporelle locale", a ajouté Bocarsly. "Il reste encore de nombreuses questions ouvertes sur les états de remplissage entiers de MATBG et les symétries auxquelles ils obéissent, ce qui pourrait être une direction intéressante pour l'exploration future."
© 2022 Réseau Science X La détection directe d'une transition de phase topologique par un changement de signe dans le dipôle de courbure de Berry
