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确定自旋谷锁定 MoS 中的相互增强谷磁化率。

Determining Interaction Enhanced Valley Susceptibility in Spin-Valley-Locked MoS.

机构信息

Department of Physics and Center for Quantum Materials , The Hong Kong University of Science and Technology , Clear Water Bay , Hong Kong , China.

Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, LNCMI-CNRS-UGA-UPS-INSA-EMFL , F-38042 Grenoble , France.

出版信息

Nano Lett. 2019 Mar 13;19(3):1736-1742. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b04731. Epub 2019 Feb 7.

DOI:10.1021/acs.nanolett.8b04731
PMID:30720286
Abstract

Two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDCs) are recently emerged electronic systems with various novel properties, such as spin-valley locking, circular dichroism, valley Hall effect, and superconductivity. The reduced dimensionality and large effective masses further produce unconventional many-body interaction effects. Here we reveal strong interaction effects in the conduction band of MoS by transport experiment. We study the massive Dirac electron Landau levels (LL) in high-quality MoS samples with field-effect mobilities of 24 000 cm/(V·s) at 1.2 K. We identify the valley-resolved LLs and low-lying polarized LLs using the Lifshitz-Kosevitch formula. By further tracing the LL crossings in the Landau fan diagram, we unambiguously determine the density-dependent valley susceptibility and the interaction enhanced g-factor from 12.7 to 23.6. Near integer ratios of Zeeman-to-cyclotron energies, we discover LL anticrossings due to the formation of quantum Hall Ising ferromagnets, the valley polarizations of which appear to be reversible by tuning the density or an in-plane magnetic field. Our results provide evidence for many-body interaction effects in the conduction band of MoS and establish a fertile ground for exploring strongly correlated phenomena of massive Dirac electrons.

摘要

二维过渡金属二卤族化合物(TMDCs)是最近出现的具有各种新颖性质的电子系统,例如自旋 - 谷锁定、圆二色性、谷霍尔效应和超导性。维度的降低和大的有效质量进一步产生了非常规的多体相互作用效应。在这里,我们通过输运实验揭示了 MoS 导带中的强相互作用效应。我们研究了高质量 MoS 样品中的大量狄拉克电子朗道能级(LL),在 1.2 K 时具有 24,000 cm/(V·s)的场效应迁移率。我们使用 Lifshitz-Kosevitch 公式识别了谷分辨的 LL 和低能极化的 LL。通过进一步追踪 Landau 扇形图中的 LL 交叉,我们明确确定了密度依赖性谷磁导率和相互作用增强的 g 因子,范围从 12.7 到 23.6。在磁场 Zeeman 到回旋能量的整数比值附近,我们发现由于量子霍尔伊辛铁磁体的形成而产生的 LL 反交叉,其谷极化似乎可以通过调节密度或面内磁场来实现可逆。我们的结果为 MoS 导带中的多体相互作用效应提供了证据,并为探索大量狄拉克电子的强关联现象奠定了基础。

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