[論文レビュー] Dataset for 'Mapping twist-tuned multi-band topology in bilayer WSe$_2$'

Benjamin A. Foutty, Carlos R. Kometter+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2023

Topological Materials and Phenomena参考文献 12被引用数 24

ひとこと要約

局所的な電子圧縮率測定により、ねじれ二層WSe2がマジックアングル近傍の複数のトポロジカルバンドと調整可能なChern絶縁体を示し、分位場駆動のトポロジー転移を含む。

ABSTRACT

Datasets and code for the manuscript 'Mapping twist-tuned multi-band topology in bilayer WSe2.' See 'README.txt' for further details.

研究の動機と目的

• 小さなねじれ角でのねじれ二層WSe2におけるトポロジカルバンドと相関した基底状態のマッピング。
• 磁場0の下で、約1.23°付近のマジックアングルでのChern絶縁体の同定。
• nu = -1での分離場駆動トポロジー相転移の探索。
• ねじれ角を変えることによって局所モア波長が基底状態へ与える影響の検討。
• tWSe2におけるGeneralized Kane-Mele-Hubbardモデルのトポロジー相図の確立。

提案手法

• 走査型単電子トランジスタ（SET）顕微鏡を用いて逆圧縮率dμ/dnと化学ポテンシャルμ(n)を測定する。
• 局所的にねじれ角を1.1°から1.6°まで変化させ、モア波長効果をマッピングする。
• SET先端を介して局所的に制御された分離場D_effを適用し、トポロジーを調整し相転移を誘発する。
• Kane-Mele-Hubbard様の物理に対するHartree-Fock連続体モデル予測と測定を比較する。
• B ≈ 11 Tまでの磁場依存スペクトルを研究し、Hofstadter様の特徴を観察する。

Figure 1: Multiple topological bands and ground states in tWSe 2 . a , Schematic showing the moiré pattern in twisted WSe 2 (tWSe 2 ), in which MX and XM stacking sites (bottom illustrations) form a honeycomb lattice. b , Cartoon of lowest energy moiré bands and their occupations at the first four i

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小さなねじれ角で、ねじれWSe2二層は非ゼロのChern数を持つ複数のトポロジカルバンドをホストするか？
• RQ2 モア波長は整数充填での相関基底状態とギャップにどう影響するか？
• RQ3 分離場による調整はν = -1のような整数充填でトポロジー相転移を引き起こせるか？
• RQ4 これらの系におけるギャップとHofstadter状態の磁場依存はどうなるか？

主な発見

• ν = -1 および ν = -3で Chern数 C = +1 の複数のトポロジカルバンドのギャップを観測、零磁場まで持続する。
• ν = -1 と ν = -3のギャップは総Chern数C = +1、 ν = -2 と ν = -4はC = 0で、異なるトポロジー基底状態を示す。
• 局所的なねじれ角がおおよそ1.23°付近で、零場で一連の量子異常ホール(QAH)絶縁体が観測される。
• SET先端を介した分離場調整は ν = -1 においてQAH状態と位相的に自明な層偏極状態の間でトポロジー相転移を誘発する。
• ねじれ角依存はトポロジー的ギャップが狭い範囲（約1.2°–1.25°）でのみ現れ、より広い角度では零場トポロジー状態が弱いか、現れないことを示す。
• Hartree-Fock連続体モデル計算は、Dとθを変化させたときにスピン-バレー偏 polarized Chern絶縁体と自明状態への転移を含む景観を支持する。

Figure 2: Magnetic field dependence at $\theta=1.23^{\circ}$ . a Magnetic field dependence of d $\mu$ /d $n$ up to $B=11$ T. b , Thermodynamic gaps $\Delta_{(C,s)}$ for states with intercept $s$ and slope $C$ as identified by the Diophantine equation, as a function of $B$ , for the pair of competing