Des chercheurs du SPEC, en collaboration avec des équipes du C2N (Palaiseau, France), du NIMS (Tsukuba, Japon) ainsi que la startup CRYOHEMT (Orsay, France) ont récemment publié un article dans Nature physics.
Les auteur·ices :
- Raphaëlle DELAGRANGE
- Manjari GARG
- Gaëlle LE BRETON
- Aifei ZHANG
- Quan DONG
- Yong JIN
- Kenji WATANABE
- Takashi TANIGUCHI
- Preden ROULLEAU
- Olivier MAILLET
- Patrice ROCHE
- François PARMENTIER
Sous un champ magnétique perpendiculaire élevé et à basse température, le graphène développe un état isolant au point de neutralité de charge. Cet état, appelé nu=0, est dû à l’interaction entre les interactions électroniques et les dégénérescences quadruples de spin et de vallée dans la bande plate formée par le niveau de Landau n=0. La détermination de l’état fondamental de nu=0, y compris sa polarisation de spin et de vallée, est une entreprise théorique et expérimentale qui dure depuis près de vingt ans. Nous présentons ici des expériences qui sondent les propriétés de transport thermique du graphène monocouche à nu=0, qui sondent directement son état fondamental et ses excitations collectives. Nous observons que le transport thermique global s’évanouit, en contradiction avec l’état fondamental attendu, qui devrait avoir une conductance thermique finie même à très basse température. Nos résultats soulignent la nécessité d’approfondir les recherches sur la nature de nu=0.
© François Parmentier – CNRS
Les quatre états fondamentaux possibles de ν=0, représentés par deux spins (flèches rouges et bleues) distribués sur le réseau en nid d’abeille du graphène.
Jaune : phase antiferromagnétique : les deux spins opposés résident sur un sous-réseau séparé.
Violet : phase ferromagnétique : les deux spins sont alignés, chacun sur son sous-réseau.
Orange : phase de distorsion de Kekule : phase de distorsion de Kekule : les deux spins opposés vivent sur une superposition des deux sous-réseaux.
Cyan : phase de polarisation du sous-réseau : les deux spins opposés vivent sur le même sous-réseau.
Le dessin animé central illustre le principe de l’expérience, où la chaleur est transportée d’une électrode chaude (rouge) à une électrode froide (violette) à travers ν=0. Seules les phases antiferromagnétique et de distorsion de Kekule sont des conducteurs thermiques à basse température.