Nature Nanotechnology：单层WSe2中Landau能级结构表征

纳米技术

2020-07-08

单层半导体过渡金属二硫化物（TMDs）材料是一类具有独特二维电子结构的材料，这种材料的薄层结构能具有类似石墨烯的栅极可调性（gate tunability），但是同石墨烯不同之处在于TMD二维硫化物材料同时具有大小可调的能带和较强的自选-轨道耦合性质。在高磁场种测试结果显示出此类材料具有独特的Landau能级（LL，Landau level）结构，这种结构和其他二维电子体系明显不同。但是由于样品的质量问题、接触不良等问题，对这种Landau能级的测试过程有一定的挑战，同时无法对Landau能级中部分电子填充情况的电子相关性观测。

哥伦比亚大学Cory R. Dean等报道了通过电子压缩性（electronic compressibility）测试，对极限量子极限条件中单层WSe₂材料的Landau能级结构进行表征，并观测到能量最低的三种Landau能级中的分数量子霍尔态。此外，作者对第二个Landau能级中观测到和非阿贝尔统计量（non-Abelian statistics）相关的偶数分母态。以上结果说明了二维半导体材料能够为理解量子霍尔效应理论模型提供实验平台。

本文要点：

（1）

器件的制备。首先将六方相BN和石墨转移到SiO₂基底上，并分别作为介电层和门控。随后，将Pt电极沉积到BN上。之后，将BN，石墨，WSe₂负载到BN材料上。最后，将顶层的石墨消除，并确保顶部和底部的门都被WSe₂均匀分布。

图1. 测试示意图和Landau能级结构

图2. 分数量子霍尔效应图

图3. 测试器件结构示意图

参考文献

Qianhui Shi, En-Min Shih, Martin V. Gustafsson, Daniel A. Rhodes, Bumho Kim, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Zlatko Papić, James Hone & Cory R. Dean*

Odd- and even-denominator fractional quantum Hall states in monolayer WSe₂, Nature Nanotechnology 2020

DOI：10.1038/s41565-020-0685-6

https://www.nature.com/articles/s41565-020-0685-6