转角WSe2材料中的巨大非线性霍尔效应 | NSR

以下文章来源于中国科学杂志社 ，作者《国家科学评论》

近日，香港科技大学物理系讲座教授王宁课题组通过电学输运测量，在小角度双层WSe2的第一个摩尔价带被填满一半时，观察到了巨大的非线性霍尔电压信号，并研究认为，该效应来自于转角材料中的强关联效应。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。

迄今为止，对非线性霍尔效应（NHE）的实验观察主要限于一小类具有非零贝里曲率的非强关联材料，且检测到的二倍频信号通常比较小，限制了其进一步应用。

在这项研究中，作者以强关联体系转角WSe2为例，证明转角技术可以为实现NHE提供一个额外的途径。在转角WSe2的第一个摩尔价带被填满一半时，作者观察到了巨大的非线性霍尔电压信号。相应的NHE信号产生效率为1000V-1，比迄今为止报告的非转角材料的最大值（6.25V-1）至少高两个数量级。

在转角WSe2中观察到的巨大NHE信号。在摩尔价带平带被填充至半满时（Filling = -0.5），作者观察到巨大的NHE信号（左图），对应的NHE产生效率比其他材料至少高两个量级（右图）。

远离半填充的NHE信号可以用非零应力导致的非零贝里曲率偶极子来解释，但半填充附近NHE信号的巨大增强无法用贝里曲率理解。为此，作者研究了体系半填充时的性质，在半填充附近观测到了连续莫特转变，以及与重费米子材料类似的质量发散特性，这一特性可以用于解释观测到的巨大NHE信号。

非线性霍尔效应示意图。在小角度转角WSe2超晶格中，非零的应力使得体系具有非零的贝里曲率偶极子（D）。当在源极（source）和漏极（drain）之间输入一个交流电压信号Ew时，这一非零的D导致二倍频霍尔信号j2w^的产生。

这项研究具有几方面重要价值：

展示了电子-电子相互作用如何与贝里曲率偶极子结合并产生新的量子现象；

展示了NHE作为一种新工具研究量子临界（凝聚态物理学中最具挑战性和有趣的问题之一）的潜力；

对半导体器件的应用有重大意义。

在转角WSe2观测到的NHE现象证明转角技术可以为实现NHE提供一个新的途径，为新一代高效量子倍频器件和整流器件的设计提供新的思路，有助于推动无线通信、能量收集和红外探测器等技术的发展。

上述研究获得国家重点研发计划“量子调控与量子信息”专项和香港研资局的支持。文章共同第一作为：黄美珍、吴泽飞、胡金鑫。文章通讯作者为：王宁、罗锦团、吴泽飞。香港科技大学为唯一通讯单位。

转自：“知社学术圈”微信公众号

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