Des chercheurs de l’Université nationale de Singapour ont prédit que les niveaux de Landau appartenant à différentes vallées dans un matériau valleytronique bidimensionnel (2D), le diséléniure de tungstène monocouche (WSe2), peuvent être alignés sur un champ magnétique critique.
L’alignement d’entités distinctes, telles que deux faisceaux laser ou deux piliers, est un objectif commun dans de nombreux domaines de la science et de l’ingénierie. Dans le monde plus exotique de la mécanique quantique, l’alignement des niveaux électroniques quantifiés peut permettre la création de particules appelées pseudo-spineurs utiles pour les applications d’informatique quantique.
Des niveaux électroniques quantifiés émergent lorsqu’un champ magnétique est appliqué à un matériau 2D. Ces niveaux sont appelés niveaux de Landau. Les niveaux de Landau dans les matériaux valleytronic présentent un intérêt particulier. Les matériaux Valleytronic sont des matériaux dans lesquels on peut contrôler non seulement la charge ou le spin d’un électron, mais aussi la « vallée » à laquelle appartient l’électron. En général, les porteurs de charge dans différentes vallées voyagent dans des directions opposées.
Dans ce travail, l’équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Quek Su Ying du Département de physique de l’Université nationale de Singapour a développé une approche pour tenir compte de l’effet des interactions électron-électron dynamiques lors de la prédiction des niveaux d’énergie dans les matériaux valleytronic en présence de un champ magnétique. Leurs prédictions ont montré que ces interactions à plusieurs corps amplifiaient les effets d’un champ magnétique sur les matériaux en provoquant un déplacement de leurs niveaux d’énergie. Lorsqu’ils sont appliqués à la monocouche WSe2, les résultats de calcul se sont révélés être en accord quantitatif avec la littérature expérimentale, validant la nouvelle approche. Cette amplification est quantifiée par une amélioration des facteurs g dits de Landé.
L’équipe a observé que l’amélioration des facteurs g était due à un changement dans la population de porteurs de charge dans chaque vallée, en réponse à un changement du champ magnétique. Cependant, lorsque le champ magnétique est suffisamment fort pour que tous les porteurs soient situés dans la même vallée (tous les porteurs se déplacent vers la vallée bleue dans l’image ci-dessus), ce changement de population de porteurs ne peut plus se produire et les facteurs g chutent. brusquement. À ce champ magnétique critique, les porteurs de charge peuvent osciller entre les deux vallées et cela peut conduire à l’alignement des niveaux de Landau dans les deux vallées.
Le Dr Xuan Fengyuan, un boursier postdoctoral de l’équipe de recherche, a déclaré : « En raison des grands facteurs g présents dans WSe2, les champs magnétiques critiques prédits sont faibles, de sorte que cet effet peut être réalisé dans des laboratoires standard.
« Par rapport aux propositions précédentes, l’alignement des niveaux de Landau prédit dans ce travail est robuste aux fluctuations de la densité des porteurs. Des observations récentes d’états Hall quantiques fractionnaires dans WSe2 2D suggèrent la possibilité d’utiliser l’alignement des niveaux de Landau comme moyen de permettre le calcul quantique topologique. applications », a ajouté le professeur Quek.
Fengyuan Xuan et al, Instabilité de remplissage de vallée et champ magnétique critique pour la réponse de Zeeman améliorée par l’interaction dans les monocouches de WSe2 dopées, npj Matériaux informatiques (2021). DOI : 10.1038/s41524-021-00665-8