Niveaux de Landau dans le diséléniure de tungstène monocouche dopé (WSe2 ):Schéma montrant les niveaux de Landau dans une monocouche dopée WSe2 , en réponse à un champ magnétique externe, B. Les vallées sont représentées en bleu et orange. Le facteur g, g * vK, est amélioré en raison des interactions dynamiques à plusieurs corps résultant du changement de densité de porteurs dans chaque vallée, car la différence d'énergie entre les extrema de vallée, Ez, change avec B. Crédit : npj Matériel informatique (2021). DOI :10.1038/s41524-021-00665-8
Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour ont prédit que les niveaux de Landau appartenant à différentes vallées dans un matériau valleytronique bidimensionnel (2D), le diséléniure de tungstène monocouche (WSe2 ), peut être aligné à un champ magnétique critique.
L'alignement d'entités distinctes, telles que deux faisceaux laser ou deux piliers, est un objectif commun dans de nombreux domaines de la science et de l'ingénierie. Dans le monde plus exotique de la mécanique quantique, l'alignement des niveaux électroniques quantifiés peut permettre la création de particules appelées pseudo-spineurs utiles pour les applications d'informatique quantique.
Des niveaux électroniques quantifiés émergent lorsqu'un champ magnétique est appliqué à un matériau 2D. Ces niveaux sont appelés niveaux de Landau. Les niveaux de Landau dans les matériaux valleytronic présentent un intérêt particulier. Les matériaux Valleytronic sont des matériaux dans lesquels on peut contrôler non seulement la charge ou le spin d'un électron, mais aussi la "vallée" à laquelle appartient l'électron. En général, les porteurs de charge dans différentes vallées voyagent dans des directions opposées.
Dans ce travail, l'équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Quek Su Ying du Département de physique de l'Université nationale de Singapour a développé une approche pour tenir compte de l'effet des interactions électron-électron dynamiques lors de la prédiction des niveaux d'énergie dans les matériaux valleytronic en présence de un champ magnétique. Leurs prédictions ont montré que ces interactions à plusieurs corps amplifiaient les effets d'un champ magnétique sur les matériaux en provoquant un déplacement de leurs niveaux d'énergie. Lorsqu'il est appliqué à la monocouche WSe2 , les résultats de calcul se sont révélés être en accord quantitatif avec la littérature expérimentale, validant la nouvelle approche. Cette amplification est quantifiée par une amélioration des facteurs g dits de Landé.
L'équipe a observé que l'amélioration des facteurs g était due à un changement de la population de porteurs de charge dans chaque vallée, en réponse à un changement du champ magnétique. Cependant, lorsque le champ magnétique est suffisamment fort pour que tous les porteurs soient situés dans la même vallée (tous les porteurs se déplacent vers la vallée bleue dans l'image ci-dessus), ce changement de population de porteurs ne peut plus se produire et les facteurs g chutent. brusquement. À ce champ magnétique critique, les porteurs de charge peuvent osciller entre les deux vallées et cela peut conduire à l'alignement des niveaux de Landau dans les deux vallées.
Le Dr Xuan Fengyuan, un boursier postdoctoral de l'équipe de recherche, a déclaré :"En raison des grands facteurs g présents dans WSe2 , les champs magnétiques critiques prédits sont faibles, de sorte que cet effet peut être réalisé dans des laboratoires standard."
"Par rapport aux propositions précédentes, l'alignement des niveaux de Landau prédit dans ce travail est robuste aux fluctuations de la densité de porteurs. Observations récentes d'états Hall quantiques fractionnaires dans 2D WSe2 suggèrent la possibilité d'utiliser l'alignement de niveau Landau comme moyen d'activer les applications d'informatique quantique topologique », a ajouté le professeur Quek. + Explorer davantage
