Symmetriebrechung und Fraktionalisierung jenseits des niedrigsten Landau-Niveaus von Graphen

• Antragsteller: Professor Dr. Inti Sodemann Villadiego
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518372354

In Anwesenheit von senkrechten Magnetfeldern zeigt Graphen eine faszinierend reiche Palette von Zuständen im Quanten-Hall-Bereich, die ein kompliziertes Zusammenspiel von Symmetriebrechung, Topologie und Fraktionierung seiner Valley- und Spin-Freiheitsgrade aufweisen. Trotz unserer beträchtlichen Fortschritte beim Verständnis dieser Zustände gibt es noch viele Rätsel und unerforschte Richtungen. So haben beispielsweise jüngste STM-Experimente auf dem niedrigsten Landau-Niveau Valenzbindungen und Ladungsdichte-Wellenzustände unter den Bedingungen aufgedeckt, unter denen frühere Experimente Hinweise auf Antiferromagneten lieferten. Experimente in höheren Landau-Niveaus haben viele andere Rätsel aufgeworfen, wie z. B. das Vorhandensein von Blasenzuständen im zweiten Landau-Niveau, aber ohne gleichzeitigen Nachweis von Streifenzuständen. Erstaunlicherweise gibt es auch Hinweise auf gebrochenzahlige Quanten-Hall-Zustände mit geradem Nenner in der Nähe der teilweisen Halbfüllung des dritten Landau-Niveaus. Die genaue Beschaffenheit dieser Zustände und ihre Valley-/Spin-Reihenfolge müssen noch geklärt werden. Aufgrund seines freiliegenden Charakters bietet Graphen uns eine noch nie dagewesene Möglichkeit, diese Zustände mit lokalen Sonden direkt abzubilden. Darüber hinaus bietet zweischichtiges Graphen eine bemerkenswerte Möglichkeit, eine völlig neue Klasse von ganzzahligen und gebrochenzahligen Quanten-Hall-Zuständen ohne Inversionssymmetrie zu realisieren, die noch nie zuvor experimentell nachgewiesen wurden. Dies ergibt sich aus der weitgehenden Entartung von Orbitalen mit N=0 und N=1 Zyklotroncharakter. Unser Projekt zielt darauf ab, die Theorie dieser Zustände in ein- und zweischichtigem Graphen zu entwickeln und ihre physikalischen Eigenschaften zu verstehen, um ihre experimentelle Realisierung und ihren Nachweis zu erleichtern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen