研究背景：

當(dāng)二維電子氣受到強(qiáng)磁場(chǎng)作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)朗道能級(jí)，并可以觀察到量子化的霍爾電。Chern絕緣體可以在沒(méi)有朗道能級(jí)的情況下表現(xiàn)出量子化霍爾效應(yīng)。理論上，這種狀態(tài)可以通過(guò)在蜂窩晶格中設(shè)計(jì)復(fù)雜的次近鄰跳躍來(lái)實(shí)現(xiàn)，即所謂的Haldane模型。盡管Haldane模型對(duì)拓?fù)湮锢眍I(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，并且最近在冷原子實(shí)驗(yàn)中得到了應(yīng)用，但Haldane模型尚未在固態(tài)材料中實(shí)現(xiàn)。

研究進(jìn)展：

鑒于此，康奈爾大學(xué)的Kin Fai Mak教授和單杰教授報(bào)道了在AB堆疊MoTe₂/WSe₂莫爾雙層（如下圖1所示）中實(shí)現(xiàn)Chern 絕緣體的實(shí)驗(yàn)，該雙層形成了蜂窩狀莫爾晶格，其中兩個(gè)子晶格位于不同的層中。研究表明，每個(gè)晶胞充滿兩個(gè)孔的莫爾雙層是具有可調(diào)電荷間隙的量子自旋霍爾絕緣體。在小的面外磁場(chǎng)下，它成為具有有限陳數(shù)的Chern絕緣體，因?yàn)槿鼒?chǎng)將量子自旋霍爾絕緣體分成具有相反谷的兩半：一個(gè)具有正的莫爾帶，另一個(gè)具有負(fù)的莫爾帶差距。他們還通過(guò)將莫爾雙層接近耦合到鐵磁絕緣體來(lái)展示零外部磁場(chǎng)下Haldane模型的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

進(jìn)展概述：

對(duì)于電學(xué)測(cè)量，實(shí)驗(yàn)是在閉循環(huán)低溫恒溫器和 Bluefors LD250 稀釋制冷機(jī)（12T，晶格溫度 10mK）中進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)中制備的雙柵極 Hall bar  AB堆垛MoTe₂/WSe₂莫爾雙層器件被固定在一組可在xyz方向上實(shí)現(xiàn)5 mm精確位移的納米位移臺(tái)上，其精確的定位是測(cè)試的核心與關(guān)鍵。這種精確位移得益于德國(guó)attocube 公司提供的低溫強(qiáng)磁場(chǎng)納米精度位移臺(tái)（ANP101，attocube systems AG），其可在低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中提供納米級(jí)精度位移，隨后采用標(biāo)準(zhǔn)的低頻（10-20Hz）鎖相技術(shù)，在低偏壓（0.2-1mV）下測(cè)量樣品電阻，以避免樣品發(fā)熱。使用具有 100MΩ 阻抗的電壓前置放大器來(lái)測(cè)量高達(dá)約 10 MΩ 的樣品電阻，記錄縱向和橫向電壓降以及源漏電流。

對(duì)于零磁場(chǎng)下 Haldane 模型的實(shí)驗(yàn)證據(jù)部分，采用了與上述類似的雙柵極器件結(jié)構(gòu)，將 AB 堆疊的MoTe₂/Wse₂與CrBr₃（易軸二維鐵磁絕緣體）耦合，但引入后電接觸退化，因此進(jìn)行磁性圓二色性（MCD）測(cè)量來(lái)探測(cè)自發(fā)時(shí)間反演對(duì)稱性破缺。

圖1 AB堆垛MoTe₂/Wse₂莫爾雙層

圖2 ν=2時(shí)的量子自旋霍爾絕緣體

圖3 磁場(chǎng)誘導(dǎo)Haldane Chern絕緣體

圖4 Chern絕緣體的溫度依賴性

低溫強(qiáng)磁場(chǎng)納米精度位移臺(tái)

attocube公司生產(chǎn)的位移器設(shè)計(jì)緊湊，體積小巧，種類包括線性XYZ線性位移器、大角度傾角位移器、360度旋轉(zhuǎn)位移器和掃描器，并以穩(wěn)定而優(yōu)異的性能，原子級(jí)定位精度，納米位移步長(zhǎng)和厘米級(jí)位移范圍受到科學(xué)家的肯定和贊譽(yù)。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于普通大氣環(huán)境和環(huán)境中，包括超高真空環(huán)境(5E-11mbar)、極低溫環(huán)境（10 mK）和強(qiáng)磁場(chǎng)中（31 T）。

圖5 attocube低溫強(qiáng)磁場(chǎng)位移器，掃描器

【參考文獻(xiàn)】

[1]. Zhao, W., Kang, K., Zhang, Y. et al. Realization of the Haldane Chern insulator in a moiré lattice. Nat. Phys., 2024. https://doi.org/10.1038/s41567-023-02284-0

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