Üst üste binen iki karo desenini birbirlerine göre döndürürseniz, yeni desenler ortaya çıkar. Binlerce yıldır sanatçılar ve mimarlar bu motifi kullanmışlardır. Son 15 yılda, malzeme fizikçileri yeni malzeme özellikleri elde etmek için benzer bir yaklaşım kullandılar. Bir uygulamada, altıgen atomik kafese sahip iki malzeme tek katmanı bir açıyla üst üste bindirilerek moiré deseni olarak bilinen ekstra uzun menzilli bir kafes yapısı oluşturuldu.
2021’de bilim insanları, MoTe2 ve WSe2 tek katmanlarından oluşan bükülmüş bir çift katmanda kuantum anormal Hall (QAH) etkisini tespit etti.
Cornell Üniversitesi’nden Zui Tao ve meslektaşları şimdi QAH durumundaki bu iki tek tabakanın etkileşimini araştırmak için optik spektroskopi kullandılar.
Araştırmacılar, bu etkileşimle ilgili teorik varsayımların yanlış olduğunu göstererek, bu hareli malzemeler hakkında öğrenilecek daha çok şey olduğunu ima ettiler.
Moiré malzemeleri süper iletkenlik, manyetizma ve son yıllarda gösterildiği gibi QAH etkisi dahil olmak üzere bir dizi büyüleyici fenomen sergilemektedir. Bu fenomen, malzemenin elektriksel yapısı topolojik olarak korunan durumlar sağlamak üzere tasarlandığında ortaya çıkar. QAH etkisi, temel fizikten daha fazlasıyla ilgilidir; bu etkiyi sergileyen malzemeler, enerji tasarruflu cihazlarda değerli olabilecek dağılmasız elektrik iletimine sahiptir.
Bükülmüş grafen çoklu katmanlarındaki QAH etkisinin kökenleri iyi anlaşılmıştır.
Ancak, MoTe2 ve WSe2 gibi geçiş metalinin bükülmüş çift katmanlarındaki davranışı görmek şaşırtıcıydı; burada çift katmanın elektriksel yapısının basit, mevcut bir teorik modelle açıklandığı düşünülüyordu.
Bu hareli malzemelerdeki etkinin kökeni henüz bilinmemektedir.
“Vadi fiziği” kavramı, hareli malzemeleri anlamak için önemlidir. “Vadiler” yarı iletken bir malzemenin iletim bandındaki yerel enerji minimalarıdır.
QAH etkisi gösteren bükülmüş grafen çoklu katmanlar vadi polarizasyonludur ve teorik olarak bu fenomeni sergileyen bükülmüş MoTe2/WSe2 çift katmanlar da öyle olmalıdır.
Tao ve meslektaşları bu öngörüyü bir tür optik spektroskopi kullanarak test ettiler. Bu yaklaşım, harici bir manyetik alan varlığında bir malzemeye dairesel polarize ışık uygulanmasını ve malzemenin optik tepkisinin ölçülmesini içerir.
Malzeme spin polarize ise, optik yanıtı dairesel polarize ışığın iki olası sarmalına bağlı olarak değişecektir. Bu fark manyetik dairesel dikroizm (MCD) olarak adlandırılır.
Bükülmüş MoTe2/WSe2 çift tabakaları aynı spin polarizasyonu için aynı optik tepkileri sergiler, ancak farklı enerjilerde optik olarak uyarılırlar. Bu özellik, araştırmacıların iki katmanın optik tepkisini enerji, manyetik alan yoğunluğu ve ışık sarmalının bir fonksiyonu olarak ölçerek her katmanın spin polarizasyonunu hesaplamalarını sağladı.
Bu beklenmedik bulgular, bu hareli malzemedeki QAH durumunun mevcut anlayışının yetersiz olduğunu göstermektedir.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v17/45
