Een Coulomb-blokkade-effect van het Hubbard-type ontdekt in de spiegel-tweelinggrens van MoSe₂

In een studie van eendimensionale elektronencorrelatietoestanden op de MTB van monolaag en dubbellaag MoSe₂ontdekte een onderzoeksteam dat twee soorten gecorreleerde isolatietoestanden, aangedreven door een nagesynchroniseerd Coulomb-blokkade-effect van het Hubbard-type, kunnen worden omgeschakeld door tippulsen.

Door middel van moleculaire bundelepitaxie is dit team gegroeid in enkellaagse en dubbellaagse MoSe₂ films met eendimensionale MTB op grafeensubstraten. Door scanning tunneling microscopie is gevonden dat de eendimensionale MTB metaalachtige toestanden heeft. Vanwege de beperkte lengte zijn de eendimensionale toestanden onderhevig aan kwantumbeperkingseffect, wat resulteert in gekwantiseerde discrete energieniveaus.

Ze vonden twee soorten MTB’s met verschillende grondtoestanden, respectievelijk gedefinieerd als in-fase en uit-fase toestanden, volgens de ruimtelijk gemoduleerde fase van de twee discrete niveaus die het Fermi-oppervlak overspannen. Interessanter is dat door tippulsen toe te passen, het mogelijk is om de twee toestanden omkeerbaar om te schakelen.

Ze toonden aan dat de Coulomb-energieën, bepaald door de draadlengte, de MTB in twee soorten grondtoestanden drijven met verschillende respectieve ladingsvolgorde. De kwantumputtoestanden aan het Fermi-oppervlak worden beïnvloed door het Coulomb-effect.

Wanneer het Fermi-oppervlak zich tussen twee kwantumputtoestanden met verschillende golfvectoren bevindt, dat wil zeggen de uit-fasetoestand, neemt het energieniveau-interval toe en wordt de som van Coulomb-energie en het interval van de kwantumputtoestanden.

Wanneer een kwantumput zich precies op het Fermi-oppervlak bevindt, dat wil zeggen de in-fasetoestand, wordt het energieniveau spin-gesplitst door Coulomb-energie om een ​​enkele elektronenbezetting te vormen, en de splitsingsgrootte is de Coulomb-energie.

De elektronenvulling van MTB wordt afgestemd met de tippuls, waarbij de extra geïnjecteerde ladingen, zoals onderbouwd door eerste-principeberekeningen, worden gestabiliseerd via een polaronisch proces, waardoor het mogelijk wordt om het aantal elektronen en de spintoestand controleerbaar aan te passen.

De bepaalde Coulomb-energieën blijken uitsluitend af te hangen van de draadlengte, ongeacht de afstand van de MTB tot het grafeensubstraat, wat aantoont dat de Coulomb-interactie van korte duur is. Dit is anders dan het klassieke Coulomb-blokkade-effect, waarbij de Coulomb-energie afhankelijk is van zijn capaciteit ten opzichte van de omgeving en dus een groot bereik heeft.

Dergelijke Coulomb-energie op korte afstand heeft een vergelijkbare uitdrukking als het klassieke Coulomb-blokkade-effect en wordt daarom het Hubbard-type Coulomb-blokkade-effect genoemd.

Dit onderzoeksteam bereikte controle over elektronencorrelatie en spintoestanden op atomaire schaal en legde een basis voor het begrijpen en afstemmen van gecorreleerde fysica in complexe systemen.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nationale wetenschappelijke recensie.