U suradnji sa znanstvenicima iz Španjolske i SAD-a, naše kolege Tonica Valla i Vesna Mikšić Trontl sudjelovali u otkriću o utjecaju magnetskog moiré potencijala na topološka površinska stanja, što može dovesti do pojave koreliranih topoloških faza. Rezultati su objavljeni u prestižnom časopisu ACS Nano.
Topološki izolatori posebna su klasa materijala koji imaju nevodljivu unutrašnjost, ali vrlo vodljivu površinu. Na toj površini elektroni se ponašaju poput tzv. Diracovih fermiona, čiji su spin i moment zaključani. Ta jedinstvena svojstva čine ih iznimno zanimljivima za razvoj spintroničkih uređaja i kvantnih računala.
Kada se takvi materijali kombiniraju s magnetskim ili supravodljivim slojevima, mogu nastati kvantni fenomeni poput kvantnog anomalnog Hallovog efekta ili Majorana fermiona. Još kompleksniji fizikalni efekti očekuju se kada se na površini formira moiré superrešetka – uzorak koji nastaje preklapanjem dvaju slojeva različitih konstanta rešetke ili blagim zakretanjem slojeva, poznat i iz istraživanja grafena. U takvim strukturama elektronske korelacije mogu biti znatno pojačane – što je dosad bilo ekstremno teško ostvarivo u topološkim materijalima, te je eksperimentalna potvrda navedenih moiré svojstava izostala.
U ovom radu, moiré superrešetka ostvarena je rastom dvodimenzionalnih magnetskih izolatora FeX₂ (gdje je X = Cl ili Br) na površini topološkog izolatora Bi₂Se₃. Istraživači su pomoću skenirajuće tunelirajuće mikroskopije (STM) i kutno razlučive fotoemisijske spektroskopije (ARPES) proučili elektronska svojstva sustava te pokazali da se moiré uzorak može kontrolirati odabirom korištenog filma.
U ARPES eksperimentima otkriveni su replicirani Diracovi konusi, a posebno su proučeni njihovi presjeci, koji se za sustav FeBr₂/Bi₂Se₃ pojavljuju ispod Fermijeve razine. Identificirani su potpisi malih procijepa na presjecima oko M̅i točaka koji su pripisani moiré interakciji. Ovi rezultati upućuju na postojanje magnetskog moiré potencijala koji narušava vremensku simetriju u tim točkama, ali ne i u središtu Brillouinove zone (Γ̅ točka).
Otkriće otvara mogućnost stvaranja novih, koreliranih topoloških faza induciranih moiré superrešetkom, koje bi mogle dovesti do topološke supravodljivosti, faza s visokim Chernovim brojevima i egzotičnih magnetskih tekstura.
Cijeli rad dostupan je na poveznici: doi/10.1021/acsnano.5c10193
