研究背景：

當二維電子氣受到強磁場作用時會出現朗道能級，并可以觀察到量子化的霍爾電。Chern絕緣體可以在沒有朗道能級的情況下表現出量子化霍爾效應。理論上，這種狀態可以通過在蜂窩晶格中設計復雜的次近鄰跳躍來實現，即所謂的Haldane模型。盡管Haldane模型對拓撲物理領域產生了深遠的影響，并且最近在冷原子實驗中得到了應用，但Haldane模型尚未在固態材料中實現。

研究進展：

鑒于此，康奈爾大學的Kin Fai Mak教授和單杰教授報道了在AB堆疊MoTe₂/WSe₂莫爾雙層（如下圖1所示）中實現Chern 絕緣體的實驗，該雙層形成了蜂窩狀莫爾晶格，其中兩個子晶格位于不同的層中。研究表明，每個晶胞充滿兩個孔的莫爾雙層是具有可調電荷間隙的量子自旋霍爾絕緣體。在小的面外磁場下，它成為具有有限陳數的Chern絕緣體，因為塞曼場將量子自旋霍爾絕緣體分成具有相反谷的兩半：一個具有正的莫爾帶，另一個具有負的莫爾帶差距。他們還通過將莫爾雙層接近耦合到鐵磁絕緣體來展示零外部磁場下Haldane模型的實驗證據。

進展概述：

對于電學測量，實驗是在閉循環低溫恒溫器和 Bluefors LD250 稀釋制冷機（12T，晶格溫度 10mK）中進行的。實驗中制備的雙柵極 Hall bar  AB堆垛MoTe₂/WSe₂莫爾雙層器件被固定在一組可在xyz方向上實現5 mm精確位移的納米位移臺上，其精確的定位是測試的核心與關鍵。這種精確位移得益于德國attocube 公司提供的低溫強磁場納米精度位移臺（ANP101，attocube systems AG），其可在低溫和強磁場環境中提供納米級精度位移，隨后采用標準的低頻（10-20Hz）鎖相技術，在低偏壓（0.2-1mV）下測量樣品電阻，以避免樣品發熱。使用具有 100MΩ 阻抗的電壓前置放大器來測量高達約 10 MΩ 的樣品電阻，記錄縱向和橫向電壓降以及源漏電流。

對于零磁場下 Haldane 模型的實驗證據部分，采用了與上述類似的雙柵極器件結構，將 AB 堆疊的MoTe₂/Wse₂與CrBr₃（易軸二維鐵磁絕緣體）耦合，但引入后電接觸退化，因此進行磁性圓二色性（MCD）測量來探測自發時間反演對稱性破缺。

圖1 AB堆垛MoTe₂/Wse₂莫爾雙層

圖2 ν=2時的量子自旋霍爾絕緣體

圖3 磁場誘導Haldane Chern絕緣體

圖4 Chern絕緣體的溫度依賴性

低溫強磁場納米精度位移臺

attocube公司生產的位移器設計緊湊，體積小巧，種類包括線性XYZ線性位移器、大角度傾角位移器、360度旋轉位移器和掃描器，并以穩定而優異的性能，原子級定位精度，納米位移步長和厘米級位移范圍受到科學家的肯定和贊譽。產品廣泛應用于普通大氣環境和環境中，包括超高真空環境(5E-11mbar)、極低溫環境（10 mK）和強磁場中（31 T）。

圖5 attocube低溫強磁場位移器，掃描器

【參考文獻】

[1]. Zhao, W., Kang, K., Zhang, Y. et al. Realization of the Haldane Chern insulator in a moiré lattice. Nat. Phys., 2024. https://doi.org/10.1038/s41567-023-02284-0

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