Les scientifiques de l'ICFO, Princeton et NIMS ont découvert une séquence complète d'isolateurs de Chern à symétrie brisée qui sont induits par de fortes corrélations dans le graphène à angle magique. L'étude a été publiée dans Physique de la nature .

Un isolant Chern est un isolant 2D qui brise spontanément la symétrie d'inversion du temps et héberge des états de bord chiraux conducteurs. L'étude des isolants de Chern au cours de la dernière décennie a approfondi la compréhension de la matière condensée et pourrait conduire au développement d'une électronique à faible consommation d'énergie. Le graphène bicouche torsadé à angle magique (MATBG) est récemment apparu comme une plate-forme riche pour explorer de fortes corrélations, supraconductivité et magnétisme et topologie de bande.

Dans une étude récente publiée dans Physique de la nature , une équipe de scientifiques dont la chercheuse ICFO Ipsita Das, Xiaobo Lu (ancien post-doctorant à ICFO), dirigé par ICFO Prof. Dmitri Efetov et ses collègues de Princeton (Jonah Herzog-Arbeitman, Zhida Song et B. Andrei Bernevig) et l'Institut national des sciences des matériaux (Kenji Watanabe et Takashi Taniguchi), a rapporté une séquence complète d'isolateurs de Chern à symétrie brisée dans les bandes plates du graphène à angle magique.

Contrairement aux isolateurs traditionnels de Chern, qui sont généralement réalisés dans des isolants topologiques magnétisés, les isolants de Chern nouvellement découverts dans le graphène à angle magique, qui n'est constitué que d'atomes de carbone non magnétiques, proviennent d'une brisure de symétrie induite par une forte corrélation. Dans leur expérience, ils ont utilisé la technique de magnéto-transport pour mesurer à la fois la résistance longitudinale et la résistance hall. Ils ont réussi à observer des isolants de Chern avec une séquence magique de conductance Hall quantifiée C =±1, ±2, ±3, ±4 qui nuclée à partir des remplissages entiers de la cellule unitaire moirée =±3, ±2, ±1, 0 en conséquence. La séquence magique et la correspondance des nombres de Chern et des facteurs de remplissage suggèrent que ces états sont entraînés directement par des interactions électroniques qui brisent spécifiquement la symétrie d'inversion du temps dans le système.

Par ailleurs, ils ont étudié les oscillations de la magnéto quantique dans les bandes dispersives à haute énergie encore inexplorées du graphène bicouche à angle magique. Dans un champ magnétique, le spectre d'énergie montre une riche séquence de passages à niveau qui proviennent directement de la dispersion unique des bandes de type Rashba. Une analyse plus poussée des passages à niveau de Landau a permis aux chercheurs de fournir des contraintes sur les paramètres w0 et w1 de l'hamiltonien de Bistritzer-MacDonald MATBG.

L'étude fournit un aperçu direct de la nature complexe de la brisure de symétrie dans MATBG et permet des tests quantitatifs des scénarios microscopiques proposés pour ses phases électroniques. Ipsita Das, chercheur à ICFO et premier auteur de l'étude dit, "Nous avons été assez stupéfaits lorsque nous avons vu pour la première fois la richesse de ces nouveaux états topologiques."

Dr Xiaobo Lu, ancien post-doctorant ICFO et co-auteur de cette étude, dit, "l'observation de la topologie non triviale dans le graphène à angle magique supraconducteur est passionnante. L'intégration d'une forte corrélation, La supraconductivité et les phases isolantes de Chern dans le graphène bicouche à angle magique pourraient ouvrir de nouvelles voies de recherche à l'avenir."

Le professeur de l'ICFO Dmitri Efetov a déclaré :"De telles réalisations marquent la prochaine étape dans la compréhension des propriétés étonnantes du graphène bicouche torsadé, ajoutant maintenant la topologie comme l'une de ses caractéristiques déterminantes."