物性物理学：グラフェンにおける量子振動とミリテスラ疑磁場の画像化

原子レベルの薄さの量子材料における電子エネルギーバンドの並外れた制御は、いくつかの創発的な現象の発見につながった。しかし現状では、活性層を絶縁層や金属ゲートに埋め込むことが多い先端的な二次元材料デバイスにおいて、局所的なバンド構造をマッピングする汎用的な方法はない。今回我々は、走査型超伝導量子干渉素子を用いて、デュアルゲートを有するベルナール積層3層グラフェンという、数本の高度に調整可能なバンドを示すモデル系において、ドハース–ファンアルフェン量子振動を画像化した。また、低磁場において100本以上のランダウ準位にわたる熱力学的量子振動を分解することによって、変位磁場を用いてナノスケールの空間分解能でバンド構造とその変化を非常に高精度に再構成した。さらに我々は、ランダウ準位干渉法を開発して、せん断ひずみが誘起する擬磁場を示し、その空間依存性をマッピングした。我々は、人工的に誘起された大きなひずみにおいて数百テスラの擬磁場が生じるのとは対照的に、自然発生する1 mTという低い擬磁場を検出した。これは、ツイスト2層グラフェンにおける典型的な角度乱れよりも2桁低い、1ミリ度のグラフェンのねじれに相当している。局所的なバンド構造とひずみをナノスケールレベルで分解するというこの能力によって、実用的なファンデルワールスデバイスにおける調整可能なバンド操作の評価と使用が可能になる。

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