Cientistas do ICFO, Princeton e NIMS descobriram uma sequência completa de isoladores de Chern com simetria quebrada que são induzidos por fortes correlações em grafeno de ângulo mágico. O estudo foi publicado em Física da Natureza .

Um isolador Chern é um isolador 2D que quebra espontaneamente a simetria de reversão do tempo e hospeda estados de borda quirais condutores. O estudo dos isoladores de Chern na última década aprofundou a compreensão da matéria condensada e pode levar ao desenvolvimento de eletrônicos de baixo consumo de energia. Grafeno de bicamada torcida de ângulo mágico (MATBG) surgiu recentemente como uma plataforma rica para explorar correlações fortes, supercondutividade e magnetismo e topologia de banda.

Em um estudo recente publicado em Física da Natureza , uma equipe de cientistas, incluindo a pesquisadora Ipsita Das do ICFO, Xiaobo Lu (ex-pós-doutorado no ICFO), liderado pelo Prof. Dmitri Efetov do ICFO e colegas de Princeton (Jonah Herzog-Arbeitman, Zhida Song e B. Andrei Bernevig) e o Instituto Nacional de Ciências dos Materiais (Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi), relatou uma sequência completa de isoladores de Chern com simetria quebrada dentro das bandas planas de grafeno de ângulo mágico.

Em contraste com os isoladores Chern tradicionais, que geralmente são alcançados em isoladores topológicos magnetizados, os isoladores Chern recém-descobertos em grafeno de ângulo mágico, que consiste apenas em átomos de carbono não magnéticos, originam da quebra de simetria induzida por correlação forte. Em seu experimento, eles usaram a técnica de transporte magnético para medir a resistência longitudinal e a resistência Hall. Eles conseguiram observar isoladores de Chern com uma sequência mágica de condutância Hall quantizada C =± 1, ± 2, ± 3, ± 4 que se nuclea de preenchimentos inteiros da célula unitária moiré =± 3, ± 2, ± 1, 0 correspondentemente. A sequência mágica e a correspondência dos números de Chern e fatores de preenchimento sugerem que esses estados são dirigidos diretamente por interações eletrônicas que quebram especificamente a simetria de reversão do tempo no sistema.

Além disso, eles estudaram as oscilações magnéticas quânticas nas bandas dispersivas de alta energia ainda não exploradas do grafeno de dupla camada do ângulo mágico. Em um campo magnético, o espectro de energia mostra uma rica sequência de passagens de nível que vêm diretamente da dispersão única de faixas semelhante a Rashba. Uma análise mais aprofundada dos cruzamentos de nível de Landau permitiu aos pesquisadores fornecer restrições sobre os parâmetros w0 e w1 do hamiltoniano de Bistritzer-MacDonald MATBG.

O estudo fornece insights diretos sobre a natureza complexa da quebra de simetria no MATBG e permite testes quantitativos dos cenários microscópicos propostos para suas fases eletrônicas. Ipsita Das, pesquisador do ICFO e primeiro autor do estudo diz, "Ficamos bastante surpresos quando vimos a riqueza desses novos estados topológicos pela primeira vez."

Dr. Xiaobo Lu, ex-pós-doutorado do ICFO e co-autor deste estudo, diz, "a observação da topologia não trivial no grafeno de ângulo mágico supercondutor é empolgante. A integração de forte correlação, a supercondutividade e as fases isolantes de Chern no grafeno de dupla camada do ângulo mágico podem levar a novos caminhos de pesquisa no futuro. "

O professor do ICFO Dmitri Efetov diz:"Essas conquistas marcam o próximo passo na compreensão das incríveis propriedades do grafeno de dupla camada torcida, adicionando agora a topologia como uma de suas características definidoras. "