Justering av kvantiserte nivåer i valleytroniske materialer


Justering av kvantiserte nivåer i valleytroniske materialer

Landau-nivåer i dopet monolag wolframdiselenid (WSe2): Skjematisk som viser Landau-nivåene i dopet monolag WSe2, som svar på et eksternt magnetfelt, B. Dalene er vist i blått og oransje. G-faktoren, g*vK, forsterkes på grunn av dynamiske mangekroppsinteraksjoner som oppstår fra endringen i bærertetthet i hver dal, ettersom energiforskjellen mellom dalens ekstrema, Ez, endres med B. Kreditt: npj Beregningsmateriale (2021). DOI: 10.1038/s41524-021-00665-8

Forskere fra National University of Singapore har spådd at Landau-nivåer som tilhører forskjellige daler i et todimensjonalt (2D) valleytronisk materiale, monolayer wolfram diselenide (WSe)2), kan justeres ved et kritisk magnetfelt.

Justeringen av distinkte enheter, for eksempel to laserstråler, eller to pilarer, er et felles mål innen mange felt innen vitenskap og ingeniørfag. I den mer eksotiske verdenen av kvantemekanikk, kan justeringen av kvantiserte elektroniske nivåer muliggjøre dannelsen av partikler kalt pseudo-spinorer som er nyttige for kvantedatabehandlingsapplikasjoner.

Kvantiserte elektroniske nivåer oppstår når et magnetfelt påføres et 2D-materiale. Disse nivåene kalles Landau-nivåer. Av spesiell interesse er Landau-nivåer i valleytroniske materialer. Valleytronic-materialer er materialer der man kan kontrollere ikke bare ladningen eller spinnene til et elektron, men også “dalen” som elektronet tilhører. Generelt reiser ladningsbærere i forskjellige daler i motsatte retninger.

I dette arbeidet utviklet forskerteamet ledet av førsteamanuensis Quek Su Ying fra Institutt for fysikk, National University of Singapore en tilnærming for å redegjøre for effekten av dynamiske elektron-elektron-interaksjoner når man forutsier energinivåene i valleytroniske materialer i nærvær av et magnetfelt. Deres spådommer viste at disse mange-kroppsinteraksjonene forsterket effekten av et magnetisk felt på materialene ved å forårsake et skifte i deres energinivåer. Når den brukes på monolag WSe2, ble beregningsresultatene funnet å være i kvantitativ overensstemmelse med eksperimentell litteratur, og validerte den nye tilnærmingen. Denne forsterkningen kvantifiseres ved en forbedring av de såkalte Landé g-faktorene.

Teamet observerte at forbedringen i g-faktorene oppsto på grunn av en endring i populasjonen av ladningsbærere i hver dal, som svar på en endring i magnetfeltet. Men når magnetfeltet er tilstrekkelig sterkt slik at alle bærerne befinner seg i samme dal (alle bærere beveger seg til den blå dalen i bildet ovenfor), kan denne endringen i bærerpopulasjonen ikke lenger skje, og g-faktorene faller brått. På dette kritiske magnetfeltden ladebærere kan svinge frem og tilbake mellom de to dalene, og dette kan føre til at Landau-nivåene i de to dalene justeres.

Dr. Xuan Fengyuan, en postdoktor i forskerteamet sa: “På grunn av de store g-faktorene som er tilstede i WSe2de kritiske magnetfeltene som er forutsagt er små, så denne effekten kan realiseres i standardlaboratorier.”

“Sammenlignet med tidligere forslag, er justeringen av Landau-nivåene som er spådd i dette arbeidet robust overfor svingninger i transportør tetthet. Nylige observasjoner av fraksjonerte kvante Hall-tilstander i 2D WSe2 foreslår muligheten for å bruke Landau-nivåjustering som et middel for å muliggjøre topologiske kvantedatabehandlingsapplikasjoner,” la prof Quek til.


Forutsigelser av magnetfeltrespons i 2-D valleytronics materialer


Mer informasjon:
Fengyuan Xuan et al, Valley-fyllende ustabilitet og kritisk magnetfelt for interaksjonsforbedret Zeeman-respons i dopede WSe2-monolag, npj Beregningsmateriale (2021). DOI: 10.1038/s41524-021-00665-8

Sitering: Justering av kvantiserte nivåer i valleytronic-materialer (2022, 14. juni) hentet 15. juni 2022 fra https://phys.org/news/2022-06-alignment-quantized-valleytronic-materials.html

Dette dokumentet er underlagt opphavsrett. Bortsett fra enhver rettferdig handel for formålet med private studier eller forskning, kan ingen del reproduseres uten skriftlig tillatelse. Innholdet er kun gitt for informasjonsformål.