p Vídeo 1:uma sequência de varreduras de temperatura para diferentes voltagens backgate V bg incrementado de -8 V a 8 V a 4,2 K, B z =1 T, e V tg =8 V. Uma corrente Idc é conduzida da constrição inferior para um dos contatos superiores e o valor da corrente é ajustado com Vbg para manter a potência total dissipada na amostra de R 2p eu dc 2 =10 nW. A quiralidade do sistema é no sentido anti-horário para níveis negativos de Landau e no sentido horário para níveis positivos de Landau. No vídeo, pode-se observar a evolução dos processos de geração de entropia, visíveis como anéis afiados ao longo das bordas, e a evolução dos processos de geração de trabalho, que aparecem na forma de feições maiores e mais desfocadas. Em grandes fatores de enchimento | ν | ≥ 10, predominantemente a jusante, os anéis de "entropia" são visíveis ao longo da borda inferior da amostra à direita (esquerda) da constrição para ν negativo (positivo). Neste caso, o número de canais a jusante é significativamente maior do que os canais reconstruídos de borda a montante. Como resultado, os canais estão melhor equilibrados e, portanto, há menos retrodifusão e menos trabalho executado ao longo das bordas. Nesta situação, a maior parte do trabalho é realizado na constrição e os portadores energéticos injetados na constrição fluem a jusante e perdem seu excesso de energia pela emissão de fônons ressonantes nos defeitos atômicos visíveis como os anéis de "entropia". Esses anéis decaem em uma distância de ~ 15 µm a partir da constrição. Em | ν | ≲ 10, Arcos de "trabalho" começam a aparecer além dos anéis de "entropia" ao longo das direções a jusante e a montante e a quiralidade é gradualmente perdida. Este comportamento origina-se de retroespalhamento entre canais não-topológicos contrapropagantes, resultando na geração de trabalho ao longo dos canais que dão origem aos arcos. Este trabalho, gerado ao longo de todo o comprimento dos canais, em vez de na constrição, agora a fonte de energia dominante que "alimenta" os anéis de "entropia", explicando a ausência de decadência na intensidade do anel e a ausência de quiralidade. Essa dissipação, distribuído ao longo de todo o comprimento das bordas, torna-se mais proeminente no LL mais baixo, nLL =0, onde nenhum canal de borda topológica está presente. No entanto, a maior parte da corrente ainda flui ao longo das bordas devido à presença de um ou mais pares de canais de borda não-ontopológicos contrapropagantes. Neste estado metálico, bem como em estados metálicos LL mais elevados, em vez do retroespalhamento comumente assumido entre as bordas opostas da amostra, a maior parte da retroespalhamento ocorre entre os canais de contrapropagação dentro das bordas. Esta é a razão de que no Vídeo V1, dificilmente observamos qualquer dissipação na massa em qualquer valor de Vbg, exceto muito perto do ponto de neutralidade de carga, onde a dissipação geral na amostra atinge um máximo revelando anéis quase invisíveis ao longo das bordas internas dos orifícios quadrados (ν =-0,14 quadro). Crédito:Weizmann Institute of Science
p Combinando nosso nano-SQUID na ponta com medições de portas de varredura na fase Hall quântica do grafeno, fomos capazes de medir e identificar os processos de trabalho e dissipação de calor separadamente. As medições mostram que a dissipação é governada por crosstalk entre pares de contrapropagação de canais a jusante e a montante que aparecem nos limites do grafeno por causa da reconstrução da borda. p Em vez de aquecimento Joule local, Contudo, o mecanismo de dissipação compreende dois processos distintos e separados espacialmente. O processo de geração de trabalho que visualizamos diretamente e que envolve o tunelamento elástico de portadores de carga entre os canais quânticos, determina as propriedades de transporte, mas não gera calor local.
p O processo de geração de calor e entropia visualizado de forma independente, em contraste, ocorre não localmente mediante dispersão ressonante inelástica de defeitos atômicos únicos nas bordas do grafeno (ver também nosso trabalho anterior), sem afetar o transporte. Nossas descobertas oferecem uma visão crucial dos mecanismos que ocultam a verdadeira proteção topológica e sugerem locais para a engenharia de estados quânticos mais robustos para aplicações de dispositivos. Abaixo estão as sequências de varreduras medidas em diferentes dispositivos de grafeno a 4,2 K.
Uma sequência de imagens de porta de varredura da resistência de quatro sondas Rxx (r) em uma região ampliada ao longo do limite superior da mesma amostra como no Vídeo 1. O Rxx (r) =Vxx (r) / Idc é registrado como uma função da posição da ponta r para várias tensões de porta traseira Vbg. Aqui, a potência total injetada é menor em comparação com o Vídeo 1. A linha horizontal tracejada indica a borda superior da amostra. O vídeo V3 mostra um exemplo da evolução das imagens térmicas e de varredura Rxx (r) adquiridas simultaneamente com a variação de Vpg. Para este Vtg alto (6 V), os "anéis de entropia" e as "características semelhantes ao arco de trabalho" são prontamente resolvidos. Os anéis devido à emissão de fônons nos defeitos atômicos são observados nas imagens térmicas ao longo de todo o perímetro do grafeno, visível na forma de anéis pontiagudos de menor diâmetro. Eles são alimentados pelo processo de trabalho remoto, mesmo quando o último é desviado significativamente das bordas pelo potencial da porta do êmbolo. Esses anéis são invisíveis nas imagens Rxx (r) uma vez que os processos de dissipação não causam retroespalhamento do portador. Os maiores recursos semelhantes a arco de "trabalho" são claramente visualizados nas imagens Rxx (r) (azul claro a vermelho) revelando a geração de trabalho por meio de retroespalhamento do portador. Uma vez que o trabalho causa aquecimento não local, essas características também são observadas nas imagens térmicas em forma de halos ao longo de seus contornos externos. Notavelmente, a resistência induzida pela ponta pode ser extremamente grande, Rxx (r) ≫R0, com Rxx (r) -R0 atingindo vários kΩ e até 20 kΩ no nível zero de Landau. Apesar de seu valor muito grande, descobrimos que Rxx (r) é essencialmente independente da corrente, conforme demonstrado no Vídeo V4. Aqui, a corrente CA Iac é variada em mais de duas ordens de magnitude de 10 nA a 1,4 µA com apenas uma pequena alteração em Rxx (r). A corrente independente Rxx (r) implica que o trabalho resultante e a dissipação de calor não local aumentam quadraticamente com Iac. De fato, o segundo sinal térmico harmônico no Video V4 está abaixo de nossa sensibilidade em baixas correntes e cresce quadraticamente com a corrente. Observe que os anéis térmicos nítidos nas imagens em correntes elevadas são distantes dos padrões semelhantes a arco de "trabalho" visíveis em varreduras térmicas e Rxx (r). O vídeo V5 mostra um exemplo da evolução de Rxx (r) ao variar V_tg em uma porta de êmbolo neutro, e corrente muito baixa de Iac =10 nA. Um Vtg negativo causa acúmulo de orifícios sob a ponta, mas isso não tem efeito observável. Isso ocorre porque o acúmulo de orifícios já está presente ao longo das bordas e aumentar esse acúmulo em uma região muito pequena não influencia (diminui) o retroespalhamento de forma apreciável. À medida que Vtg é aumentado para pequenos valores positivos, o esgotamento induzido da acumulação de orifícios causa compressão dos canais de contrapropagação resultando em retrodifusão aumentada e aparecimento de características correspondentes em R_xx (r) que revelam as localizações dos locais de dispersão mais dominantes. Quando Vtg se torna suficientemente grande (por exemplo, 1,75 V) para cortar os pares de contrapropagação de canais, o Rxx (r) aprimorado se torna visível ao longo de toda a borda da amostra onde os canais não-topológicos estão presentes, exibindo uma estrutura altamente desordenada. Para Vtg≳ 3 V, características semelhantes a arco são formadas, que aumentam de diâmetro e se tornam muito finas com o aumento adicional de Vtg. Neste caso, uma bolsa n-dopada é formada sob a ponta. Em Vtg alto, este bolso conterá uma série de níveis de Landau com canais de borda fortemente comprimidos contra o potencial de borda íngreme, aparentemente causando retrodifusão aumentada entre os canais pelos estados ressonantes nos defeitos atômicos individuais. Os arcos são muito finos na baixa corrente aplicada de 10 nA e tornam-se mais borrados com correntes mais altas.
