반만 충전된 단층 그래핀의 자기 유도 전하 밀도 파동의 지문

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 21664(2022) 이 기사 인용

782 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

전하밀도파는 페르미온의 응축물이며, 전하밀도는 장거리 주기적인 변조를 나타냅니다. 이러한 전하 밀도 파동은 원칙적으로 거시적인 양자 상태로 설명될 수 있으며 다양한 형성 메커니즘에 의해 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 이것들은 격자 변형 Peierls 전이, 방향성, 페르미온 파동 벡터 방향 경향이 있는 페르미 표면 중첩 또는 일반적인 전하 정렬이며, 이는 대조적으로 페르미온 사이의 방향이 없는 유효 쿨롱 상호 작용과만 연관되어 있습니다. 2차원 Dirac/Weyl 유사 시스템에서 전하 밀도 파동의 존재는 절반 충전 시 초저에너지 체제 내에서 이론적으로만 예측됩니다. Dirac/Weyl Hamiltonian이 설명한 2차원 페르미온의 호스트로 그래핀을 사용하여 우리는 낮은 적용 범위 한계에서 테트라시아노퀴노디메탄의 흡착을 통해 페르미온 간의 효과적인 상호 쿨롱 상호 작용을 간접적으로 조정했습니다. 이를 통해 우리는 추가적인 자기 유도 위치화 및 양자화로 절반을 채우는 것 이상으로 Weyl 유사 페르미온의 새로운 저차원 소산 전하 밀도 파동을 개발할 수 있었습니다. 이 전하 밀도 파동은 전자와 정공 스펙트럼 모두에 나타납니다.

전하 밀도 파(CDW)는 주로 거시적 위상을 갖는 양자 상태로 설명할 수 있는 상호 작용하는 페르미온1,2,3의 집단 상태입니다. 이러한 응축물은 소산 전자 수송 특성을 보여주는 전하 캐리어 밀도의 주기적인 변조를 특징으로 합니다3,7,8,9,10. 두 가지 빈번한 CDW 형성 메커니즘은 Peierls 왜곡과 Fermi 표면 중첩입니다. 또 다른 옵션은 페르미온 사이의 효과적인 쿨롱 상호 작용으로 인한 일반 전하 정렬입니다. 이러한 모든 이유로 CDW는 양자 메모리 구성 요소13,14 및 양자 컴퓨팅 장치15,16에서 다양한 잠재적 응용 프로그램을 제공합니다. 결과적으로, 예를 들어 3D Weyl 또는 low-D Dirac 및 Weyl 유사 페르미온으로 구성된 저차원 (low-D) 또는 비전통적인 페르미온 시스템에서 CDW 상태 형성에 대한 이론적 설명과 실험적 연구는 계속해서 상당한 관심을 끌고 있습니다. 주의17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27. 후자에 대한 2D 예는 Kagomé, Lieb 및 육각형 격자에서 찾을 수 있습니다. Kagomé 격자는 일반적으로 계층 구조에서만 실현되며 잘 확립된 이론적 틀30,31 및 CDW 형성에 대한 일련의 실험 보고서32,33,34에도 불구하고 많은 공개 질문이 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다. 마찬가지로 전자 Lieb 격자와 CDW 형성은 이론적 관점에서 논의되었지만 실험적 실현은 매우 어려운 것으로 입증되었습니다. 마지막으로, 2D 육각형 격자의 흥미로운 경우에는 이론적인 작업만 수행되었습니다. 이러한 연구는 해당 현장 및 장거리 반발력이 운동 에너지에 따라 조정될 수 있는 경우 일반 전하 순서에 의해 CDW가 반금속 단계에서 형성될 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 이는 절반 충전 시의 초저에너지 한계, 즉 전하 중성점(CNP)에서만 예측됩니다. 특히, 이러한 전하 정렬 상태의 형성은 이론적으로 추가적인 자기 유도 국소화 제공 하에 절반 충전 이상으로 달성될 수도 있습니다. 즉, 자기 길이 \(l_{B}\)와 전하 캐리어 사이의 평균 거리 \(r_{s}\)의 비율이 140보다 작거나 같으면 됩니다. 따라서 자기장에서 2D Weyl 유사 페르미온 시스템의 CDW 개발은 일반적으로 운동 에너지 \(r_{s}\) 및 \(l_{B}\)에 대한 효과적인 쌍별 쿨롱 상호 작용에 따라 달라집니다. . 여기서 우리는 높은 자기장 한계를 절반 이상 채우는 그래핀에 호스팅된 2D Weyl 유사 페르미온의 전례 없는 CDW의 형성을 보여줍니다. 놀랍게도 이 상태는 정공 스펙트럼뿐만 아니라 전자 내에서도 나타납니다. CDW와 관련된 전자 수송의 소산 특성으로 인해 이 CDW의 자기 수송 특성은 \(\frac{{e^{2} }}{h }\) (e: 기본전하, h: 플랑크 상수). 우리는 다양한 물리흡착 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ) 부하와 부분적으로 다양한 자기장의 샘플에서 이 시그니처의 진화를 모니터링했습니다.

20 individual spectra). With TCNQ a clear increase in D-band intensity is observed. The shift of G-band (\(+ 4\;{\text{cm}}^{ - 1} \pm 1\;{\text{cm}}^{ - 1}\)) towards higher wavenumbers indicates the electron transfer to the TCNQ51. Regarding the 2D band peak position, only a small shift seems to be apparent. (b) Change in charge carrier density \(\delta n_{2D}\) estimated from the G-band shift as a function of TCNQ evaporation time \(t_{TCNQ}\). Error bars are resulting from uncertainties in the fit procedure and random temperature fluctuations in heating and cooling phases (cf. Method section). The red dashed line serves as a guide to the eye. (c) Ratio of D- and G-band intensity \(\frac{{I_{D} }}{{I_{G} }}\) for the three samples (left axis). The larger \(\frac{{I_{D} }}{{I_{G} }}\), the smaller the average spacings within the random TCNQ distribution as reflected by \(\Delta\) (right axis)54. Dashed line serves as guide to the eye./p> 700 T and > 170 T, respectively, would be necessary44./p>