電子マッハツェンダー干渉計の新プラットフォームを開発(New platform for electronic Mach-Zehnder interferometer)

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単層-二層ハイブリッドグラフェンのバイポーラ領域における谷偏光エッジチャネルに伴う電子干渉の特徴 Hybrid monolayer-bilayer graphene features electron interference associated with valley-polarized edge channels in a bipolar regime

2022-11-10 大韓民国・基礎科学研究院(IBS)

単層グラフェンと二層グラフェンのハイブリッド構造には、多くの興味深い物理が存在する。
理論研究の結果、MLG-BLG界面付近で谷縮退が解除され、その境界領域で振動的なバンド構造が出現することが明らかになった。このような界面状態は、これまで実験では異常な抵抗振動として観測されていた。
研究者は、強磁場(量子ホール領域)中でMLG-BLG界面バーのn-p接合(バーの各面を逆電位にゲート)を行うと谷偏光エッジチャネル干渉が起こり、電子マッハツェンダー干渉計として動作することを示した。マッハツェンダー干渉計は、1つの光源から発せられる平行な2本のビーム間の相対的な位相変化を測定するために設計された2経路干渉計システムであり、このような干渉計を用いることで、光源から発せられる2本のビームの位相差を測定することができる。

<関連情報>

バイポーラハイブリッド単層-二層グラフェン接合における電子マッハツェンダー干渉 Electronic Mach-Zehnder interference in a bipolar hybrid monolayer-bilayer graphene junction

M.Mirzakhani,N.Myoung,F.M.Peeters,H.C.Park
Carbon  Available online:28 September 2022 science direct.
DOI:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.09.058

Abstract

Graphene matter in a strong magnetic field, realizing one-dimensional quantum Hall channels, provides a unique platform for studying electron interference. Here, using the Landauer-Büttiker formalism along with the tight-binding model, we investigate the quantum Hall (QH) effects in unipolar and bipolar monolayer-bilayer graphene (MLG-BLG) junctions. We find that a Hall bar made of an armchair MLG-BLG junction in the bipolar regime results in valley-polarized edgechannel interferences and can operate a fully tunable Mach-Zehnder (MZ) interferometer device. Investigation of the bar-width and magnetic-field dependence of the conductance oscillations shows that the MZ interference in such structures can be drastically affected by the type of (zigzag) edge termination of the second layer in the BLG region [composed of vertical dimer or non-dimer atoms]. Our findings reveal that both interfaces exhibit a double set of Aharonov-Bohm interferences, with the one between two oppositely valley-polarized edge channels dominating and causing a large amplitude conductance oscillation ranging from 0 to 2e2/h. We explain and analyze our findings by analytically solving the Dirac-Weyl equation for a gated semi-infinite MLG-BLG junction.

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