Hofstadter buttefly detected in graphene (Journal club)

Hofstadter vette észre, hogy a négyzetrácson lakó elektron spektruma mágneses tér jelenlétében érdekes önhasonló szerkezetet mutat, ha az egy rácsplakettre eső fluxus a fluxuskvantummal összemérhető. Az általa észlelt jelenségeket numerikusan és analítikusan is sokat vizsgálták, de kísérletileg reménytelen volt a helyzet: a szükseges mágneses tér 10000 Tesla nagyságrendű. Ezt a nehézséget meg lehet kerülni, ha „mesterseges anyagokat” használnak, ahol a rácsállandó nagy, így a plakett mérete is nagy lesz, a szükséges mágneses tér kisebb (pl. 10 Tesla). Itt a kihívást az jelenti, hogy (1) nehéz jól kontaktálható, jól mérhető rácsokat létrehozni, (2) nehéz megfelelően „tiszta” rendszert epíteni, ahol az Anderson-lokalizáció, ill. a fáziskoherencia-vesztés nem rontja el a jelenséget.

Az idén a Nature folyóiratban publikált két kísérleti cikkben ezeket a kísérleti kihívásokat győzték le, majdnem azonos módon. A grafénért Nobel-díjat kapott Geim csoportjában egyrétegű grafént, Kim csoportjában a Columbia egyetemen kétrétegű grafént helyeztek egy bor-nitrid (BN) rétegre. Mind a grafén, mind a BN hatszögrácsos szerkezetű kétdimenziós anyag, rácsállandójuk nagyon hasonló, kb. 56/55 arányban áll egymással. A BN hatása a grafénre így egy periodikus potenciálként értelmezhető, aminek rácsállandója kb. 50-szerese a grafénénak, így képes létrehozni a szükséges „szuperrácsot”. http://www.condmatjournalclub.org/2013/03/hofstadters-butterfly-gets-caught-in-graphene/

Témajavaslatok:

• Gauge potentials in optical lattices (Ketterle et al, arxiv)
• Hyper-transport (trailer, paper)
• Gigahertz quantized charge pumping (Nature Nano)
• Quantum Many-Body Spin System in an Optical Lattice Clock (Science)
• Electric Quantum Walks with Individual Atoms (PRL, arxiv)
• Heralded Entanglement with NV centers (Commentary, Nature)
• Space-Group Classification of Topological Insulators (Nature Physics)
• Topological Phase Transitions in Photonic Quasicrystals (PRL)
• Topological Insulators in semiconductor heterostructures (Commentary, arxiv)