АНОМАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ХОЛЛА ОБНАРУЖИЛИ В ТРЕХСЛОЙНОМ СКРУЧЕННОМ ГРАФЕНЕ

 Физики предположили, что ферромагнетизм в образце имеет орбитальное происхождение.

Группа физиков экспериментально обнаружила спонтанное возникновение аномального эффекта Холла в образце графена, составленного из трех повернутых слоев. При этом холловское сопротивление продемонстрировало заметный магнитный гистерезис, а также нечувствительность к деформациям образца и нарушению углов поворота. Результаты опубликованы в Nature Physics.

Если взять материал с нарушением T-симметрии (что происходит, например, с вектором намагниченности, когда невозможно заменить в уравнении время t на -t и получить тот же самый ответ), то в нем удастся увидеть аномальный эффект Холла. Суть его заключается в том, что когда через образец пропускают ток, в веществе возникает электрическое поле, перпендикулярное течению электронов, — при этом, в отличие от классического эффекта Холла, явление наблюдают без приложенного постоянного магнитного поля.

Аномальный эффект Холла проявляется в материалах и без магнитных свойств: физики нашли его в скрученном двухслойном графене и сэндвичах из монослоев дихалькогенидов переходных металлов. Дело в том, что в большинстве подобных структур по крайне мере одна из ван-дер-ваальсовых составляющих нарушает симметрию молекулярной структуры, что ведет к изменению временной симметрии и возникновению кривизны Берри.

Ся Ли Цяо (Li-Qiao Xia) из Массачусетского технологического института совместно с коллегами из Канады, США и Японии проверил, будет ли наблюдаться аномальный эффект Холла в структуре не из двух, а трех слоев графена. Для этого ученые изготовили трехслойный образец, в котором каждую плоскость повернули относительно другой на магический угол в 1,8 градуса. В результате чего между парами слоев образовались муаровые решетки с постоянной 7,8 нанометра, которые, в свою очередь, сформировали супермуаровую решетку с постоянной уже 250 нанометров. В периодических доменах этой решетки спонтанно нарушилась молекулярная симметрия, что привело к возникновению кривизны Берри и нетривиальной топологии, в которой ученые зафиксировали аномальный эффект Холла. Физики убедились в его существовании, измерив плотность электронов и перпендикулярное электрическое поле смещения (при нулевом магнитном поле и температуре около 300 милликельвин).

Как итог, исследователи пронаблюдали ненулевое холловское сопротивление, которому сопутствовал заметный магнитный гистерезис при отсутствии внешнего магнитного поля. Ферромагнитные свойства проверили при приложенном магнитном поле, а также в широком диапазоне температур, включаю температуру Кюри. Сам аномальный эффект Холла продемонстрировал устойчивость к деформациям слоев графена и нарушению угла скручивания.

Авторы статьи предположили, что за счет малой спин-орбитальной связи графена ферромагнетизм в их системе имеет орбитальное происхождение, а не только спиновое, в отличие от предыдущих работ, где наблюдался аномальный эффект Холла в муаровых структурах из двух слоев.

Источник: N+1