Dans une étude des états de corrélation d’électrons unidimensionnels au MTB de MoSe2 monocouche et bicouche, une équipe de recherche a découvert que deux types d’états isolants corrélés entraînés par un effet de blocage de Coulomb de type Hubbard pouvaient être commutés par des impulsions de pointe.
Grâce à l’épitaxie par jets moléculaires, cette équipe a fait croître des films MoSe2 monocouches et bicouches avec du MTB unidimensionnel sur des substrats de graphène. On trouve par microscopie à effet tunnel que le MTB unidimensionnel a des états métalliques. En raison de sa longueur limitée, les états unidimensionnels sont soumis à un effet de confinement quantique, résultant en des niveaux d’énergie discrets quantifiés.
Ils ont trouvé deux types de MTB avec des états fondamentaux différents, définis respectivement comme des états en phase et hors phase, selon la phase modulée spatialement des deux niveaux discrets couvrant la surface de Fermi. Plus intéressant, en appliquant des impulsions de pointe, il est possible de commuter de manière réversible les deux états.
Ils ont montré que les énergies de Coulomb, déterminées par la longueur du fil, entraînent le MTB dans deux types d’états fondamentaux avec des ordres de charge respectifs distincts. Les états de puits quantiques à la surface de Fermi sont affectés par l’effet Coulomb.
Lorsque la surface de Fermi se situe entre deux états de puits quantique avec des vecteurs d’onde différents, c’est-à-dire l’état déphasé, l’intervalle de niveau d’énergie augmente et devient la somme de l’énergie de Coulomb et de l’intervalle des états de puits quantique.
Lorsqu’un puits quantique se trouve exactement à la surface de Fermi, c’est-à-dire à l’état en phase, le niveau d’énergie est divisé en spin par l’énergie de Coulomb pour former une seule occupation d’électrons, et la taille de division est l’énergie de Coulomb.
Le remplissage électronique du MTB est réglé avec l’impulsion de pointe, où les charges injectées supplémentaires, comme le prouvent les calculs de premier principe, sont stabilisées via un processus polaronique, ce qui permet d’ajuster de manière contrôlée son nombre d’électrons et son état de spin.
Les énergies de Coulomb déterminées dépendent uniquement de la longueur du fil, quelle que soit la distance du MTB au substrat de graphène, démontrant que l’interaction de Coulomb est à courte portée. Ceci est différent de l’effet de blocage de Coulomb classique, où l’énergie de Coulomb dépend de sa capacité à l’environnement et est donc à longue portée.
Une telle énergie de Coulomb à courte portée a une expression similaire à l’effet de blocage de Coulomb classique, et est donc surnommée effet de blocage de Coulomb de type Hubbard.
Cette équipe de recherche a réussi à contrôler la corrélation des électrons et les états de spin à l’échelle atomique, jetant ainsi les bases de la compréhension et de l’adaptation de la physique corrélée dans les systèmes complexes.
La recherche a été publiée dans Examen scientifique national.
Xing Yang et al, Manipulation de l’effet de blocage coulombien de type Hubbard des fils métalliques intégrés dans un isolant, Examen scientifique national (2022). DOI : 10.1093/nsr/nwac210