Pesquisadores do Instituto de Ciência Weizmann, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Barcelona e do Instituto Nacional de Ciência dos Materiais em Tsukuba (Japão) sondaram recentemente uma topologia de mosaico de Chern e um magnetismo de curvatura de Berry em grafeno de ângulo mágico. Seu artigo, publicado em Nature Physics , oferece uma nova visão sobre a desordem topológica que pode ocorrer em sistemas físicos de matéria condensada.
“O grafeno de bicamada torcida com ângulo mágico (MATBG) atraiu um enorme interesse nos últimos anos devido às suas bandas planas experimentalmente acessíveis, criando um playground de física altamente correlacionada”, Matan Bocarsly, um dos pesquisadores que realizou o estudo , disse ao Phys.org, "Uma dessas fases correlacionadas observadas em medições de transporte é o efeito Hall anômalo quântico, onde as correntes de borda topológica estão presentes mesmo na ausência de um campo magnético aplicado".

O efeito Hall anômalo quântico é um fenômeno relacionado ao transporte de carga, no qual a resistência Hall de um material é quantizada para a chamada constante de von Klitzing. Assemelha-se ao chamado efeito Hall quântico inteiro, que Bocarsly e seus colegas estudaram extensivamente em seus trabalhos anteriores, particularmente em grafeno e MATBG.

Com base em suas descobertas anteriores, os pesquisadores começaram a investigar o efeito Hall anômalo quântico usando as ferramentas de medição que eles descobriram ser mais eficazes. Para fazer isso, eles empregaram um dispositivo de interferência quântica supercondutora de varredura (SQUID), que foi fabricado no ápice de uma pipeta afiada. Este dispositivo é um magnetômetro local extremamente sensível (ou seja, sensor que mede campos magnéticos), que pode coletar imagens na escala de 100nm.

"Ao variar a densidade de portadores de nossa amostra, medimos a resposta do campo magnético local", explicou Bocarsly. "Em campos de baixa aplicação esta resposta magnética é exatamente correlacionada com a magnetização orbital interna das funções de onda de Bloch, que é induzida pela curvatura de Berry. Então, em essência, temos uma sonda local que mede a curvatura local de Berry."

Medir diretamente o magnetismo orbital induzido pela curvatura local de Berry no MATBG é uma tarefa altamente desafiadora, que nunca havia sido alcançada antes. Isso ocorre porque o sinal é extremamente fraco, portanto, escapa à maioria das ferramentas de medição magnética existentes.

Bocarsly e seus colegas foram os primeiros a medir diretamente esse sinal indescritível. Durante seus experimentos, eles também observaram uma topologia de mosaico de Chern em sua amostra, identificando assim um novo distúrbio topológico no MATBG.

"O número de Chern, ou a topologia de um sistema eletrônico, é geralmente considerado uma invariante topológica global", disse Bocarsly. "Observamos que em uma escala de dispositivo (ordem de mícrons), o número C não é invariante, mas alterna entre +1 e -1. Isso introduz um novo tipo de desordem, desordem topológica, em sistemas de matéria condensada que precisam ser contabilizados para fabricação de dispositivos e análise teórica."

O estudo recente desta equipa de investigadores contribui muito para a compreensão do MATBG, tanto ao nível do seu magnetismo como da sua topologia. No futuro, poderá informar o desenvolvimento de modelos teóricos mais precisos deste material, além de potencialmente facilitar sua implementação em vários dispositivos de computação quântica.

“Nossa sonda de magnetização orbital local de baixo campo também pode ser usada para investigar outras propriedades fundamentais, como quebra de simetria de reversão de tempo local”, acrescentou Bocarsly. “Ainda há muitas questões em aberto sobre os estados de preenchimento inteiro do MATBG e as simetrias que eles obedecem, o que pode ser uma direção interessante para futuras explorações”. + Explorar mais

A detecção direta de uma transição de fase topológica através de uma mudança de sinal no dipolo de curvatura Berry

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