在光驱动量子固体中已经发现或预测了许多非平衡现象。实例包括光诱导的超导性和Floquet设计的拓扑相。这些是短暂的效应,应导致可测量的电传输变化,可以使用基于光电导开关的超快器件架构来表征。在此,我们报告了由飞秒脉冲的圆偏振光驱动的单层石墨烯中光诱导的反常霍尔效应的观察结果。效应对用于调节费米能级的栅极电势的依赖性揭示了多个特征, 即反映了Floquet设计的拓扑带结构的特征,类似于Haldane最初提出的带结构。这包括一个以狄拉克点为中心的约60 meV宽的电导平台,预计在该点处将打开等幅的间隙。我们发现,当费米能级位于这个高原范围内时,估计的霍尔电导反常饱和在1.8±0.4 e
2/h左右。
Figure 1. 石墨烯中光诱导拓扑Floquet带和用于检测超快反常霍尔电流的器件体系结构。 (a)预测石墨烯与圆偏振光之间的相干相互作用将在有效的Floquet带分散中打开拓扑带隙。(b)间隙的特征在于存在两个波谷中相同的贝里曲率(Ω)。(c)通过微带传输线连接,剥落的石墨烯单层具有四个电触点(右)和用于电流检测的光电导开关(左)。
Figure 2. 圆偏振光驱动的石墨烯中超快反常霍尔电流:(a)对于正和负V
y,在光电导开关处测得的时间分辨与螺旋度相关的I
x[⟳ − ⟲]。(b)去卷积的反常霍尔电流信号I
g解释了芯片上电路的响应功能。
Figure 3. 在不同的源极-漏极电压几何结构下,取决于螺旋度的电流行为。根据V
y(a)和V
x(b)测得的Î
x[⟳ − ⟲]。
Figure 4. (a)G
xy是峰值激光驱动脉冲通量的函数。(b)G
xy是在三个注量下测得的平衡E
F的函数。(c)左三幅图:使用浮球理论模拟的b中注量的有效谱带结构。右图:b中高通量数据的放大率以进行比较。
相关研究成果于2019年由马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所J. W. McIver课题组,发表在Nature Physics(https://doi.org/10.1038/s41567-019-0698-y)上。原文:Light-induced anomalous Hall effect in graphene。