Отпечатки магнитоиндуцированных волн зарядовой плотности в монослое графена после половины заполнения

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 21664 (2022) Цитировать эту статью

782 Доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Волна зарядовой плотности представляет собой конденсат фермионов, плотность заряда которых демонстрирует дальнодействующую периодическую модуляцию. Такую волну зарядовой плотности можно в принципе описать как макроскопическое квантовое состояние, и известно, что она возникает по различным механизмам формирования. Это переход Пайерлса, деформирующий решетку, направленная ориентация фермионного волнового вектора, склонная к нестингу поверхности Ферми, или общее зарядовое упорядочение, которое, напротив, связано исключительно с ненаправленным эффективным кулоновским взаимодействием между фермионами. В двумерных системах типа Дирака/Вейля существование волн зарядовой плотности предсказывается только теоретически в режиме сверхнизких энергий при половинном заполнении. Взяв графен в качестве носителя двумерных фермионов, описываемых гамильтонианом Дирака/Вейля, мы косвенно настроили эффективное взаимное кулоновское взаимодействие между фермионами посредством адсорбции тетрацианохинодиметана сверху в нижнем пределе покрытия. Таким образом, мы добились разработки новой низкоразмерной диссипативной волны зарядовой плотности вейлевских фермионов, даже за пределами полузаполнения с дополнительной магнитоиндуцированной локализацией и квантованием. Эта волна зарядовой плотности появляется как в электронном, так и в дырочном спектре.

Волна зарядовой плотности (ВЗП) – это коллективное состояние взаимодействующих фермионов1,2,3, которое в основном описывается как квантовое состояние с макроскопической фазой2,4,5,6. Такой конденсат характеризуется периодической модуляцией плотности носителей заряда, демонстрируя диссипативные электронные транспортные сигнатуры3,7,8,9,10. Двумя частыми механизмами формирования ВЗП являются искажение Пайерлса11 и нестингирование поверхности Ферми11,12. Другой вариант — общее упорядочение зарядов за счет эффективного кулоновского взаимодействия между фермионами11. По всем этим причинам CDW предлагают различные потенциальные применения в компонентах квантовой памяти13,14 и устройствах квантовых вычислений15,16. Следовательно, теоретическое описание, а также экспериментальное исследование формирования состояний ВЗП в низкоразмерных (низкомерных) или нетрадиционных фермионных системах, состоящих, например, из трехмерных фермионов Вейля или низкомерных фермионов Дирака и вейлевских фермионов, продолжает привлекать значительный интерес. внимание17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27. Двумерные примеры последнего можно найти в решетках Кагоме, Либа и гексагональных решетках28,29. Решетки Кагоме обычно реализуются только в слоистых структурах, и, несмотря на хорошо разработанную теоретическую основу30,31 и ряд экспериментальных отчетов32,33,34 об образовании ВЗП, ряд открытых вопросов остается нерешенным. Аналогично, электронные решетки Либа и образование в них ВЗП обсуждались с теоретической точки зрения35,36, однако их экспериментальная реализация оказалась весьма сложной задачей37,38,39. Наконец, в интригующем случае двумерных гексагональных решеток проводились только теоретические работы20,21,22,23. Эти работы показали, что ВЗП могут образовываться из полуметаллической фазы путем общего упорядочения зарядов, при условии, что соответствующие локальные и дальние отталкивания могут быть настроены соответствующим образом относительно кинетической энергии20,21,22,23. Однако это предсказано только в пределе сверхнизких энергий при половинном заполнении, то есть в точке нейтральности заряда (CNP). Примечательно, что образование такого зарядово-упорядоченного состояния теоретически может быть достигнуто и за пределами половинного заполнения при условии дополнительной магнитоиндуцированной локализации. То есть до тех пор, пока отношение магнитной длины \(l_{B}\) и среднего расстояния между носителями заряда \(r_{s}\) меньше или равно единице40. Таким образом, развитие ВЗП в двумерных фермионных системах типа Вейля в магнитном поле в общем случае зависит от эффективного парного кулоновского взаимодействия относительно кинетической энергии \(r_{s}\) и \(l_{B}\)41 . Здесь мы демонстрируем образование беспрецедентной ВЗП из двумерных фермионов типа Вейля, находящихся в графене за пределами половины заполнения в пределе сильного магнитного поля. Примечательно, что это состояние появляется как в электронном, так и в дырочном спектре. Из-за диссипативного характера электронного транспорта, связанного с ВЗП3,7, магнитотранспортная характеристика этой ВЗП представляет собой пиковое продольное сопротивление, сопровождаемое нетрадиционно оцененным плато поперечной проводимости, квантованным в \(\frac{{e^{2} }}{h }\) (e: элементарный электрический заряд, h: постоянная Планка). Мы наблюдали за эволюцией этой сигнатуры в образцах с различной физикосорбированной тетрацианохинодиметановой (TCNQ) нагрузкой и, частично, с переменным магнитным полем.