[论文解读] 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 24

一句话总结

局部电子可压缩性测量揭示扭曲双层 WSe2 在魔角附近的多条拓扑带和可调 Chern 绝缘体，包括通过位移场驱动的拓扑转变。

ABSTRACT

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

研究动机与目标

• 在小扭角下绘制扭曲双层 WSe2 的拓扑带与相关基态。
• 在接近约 1.23° 的魔角附近、零磁场时识别 Chern 绝缘体。
• 探索在 ν = -1 时由位移场诱导的拓扑相变。
• 通过改变扭角来考察局部莫尔波长对基态的影响。
• 建立 tWSe2 的广义 Kane-Mele-Hubbard 模型的拓扑相图。

提出的方法

• 使用扫描单电子晶体管（SET）显微镜测量逆可压缩性 dμ/dn 和化学势 μ(n)。
• 将局部扭角从 1.1° 变到 1.6° 以绘制莫尔波长效应。
• 通过 SET 探针局部控制的位移场 D_eff 来调控拓扑并诱导相变。
• 将测量结果与 Hartree-Fock 连续模型对 Kane-Mele-Hubbard–样物理的预测进行比较。
• 研究磁场依赖的光谱直至 B ≈ 11 T 以观察 Hofstadter 类特征。

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

实验结果

研究问题

• RQ1 扭曲的 WSe2 双层在小扭角是否存在具有非零 Chern 数的多条拓扑带？
• RQ2 莫尔波长如何影响整数填充处的相关基态与间隙？
• RQ3 位移场调控能否在如 ν = -1 的整数填充处驱动拓扑相变？
• RQ4 在这些系统中，磁场对带隙和 Hofstadter 状态的依赖性如何？

主要发现

• 在 ν = -1 和 ν = -3 处观察到具有 Chern 数 C = +1 的多条拓扑带，这些带在零磁场下仍然存在。
• ν = -1 与 ν = -3 的缝隙的总 Chern 数为 C = +1，而 ν = -2 与 ν = -4 的 C 为 0，表明存在不同的拓扑基态。
• 在局部扭角约为 1.23° 时，在零场下观察到一系列量子异常霍尔（QAH）绝缘体。
• 通过 SET 探针的位移场调控在 ν = -1 处引发从 QAH 状态到拓扑上平凡的层极化态的拓扑相变。
• 扭角依赖显示拓扑缝隙仅出现在一个狭窄区间（约 1.2°–1.25°），较宽的角度会导致零场拓扑态较弱或不存在。
• Hartree-Fock 连续模型计算支持存在自旋-谷极化的 Chern 绝缘体的势阱，并在改变 D 与 θ 时转变为平凡状态的情形。

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