Tunable and giant valley-selective Hall effect in gapped bilayer graphene

Berry连接和曲率 几何相位 凝聚态物理 双层石墨烯 量子霍尔效应 物理 磁场 带隙 石墨烯 电子 费米能级 霍尔效应 电场 量子力学
作者
Jianbo Yin,Cheng Tan,David Barcons Ruiz,Iacopo Torre,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Justin C. W. Song,James Hone,Frank H. L. Koppens
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:375 (6587): 1398-1402 被引量:72
标识
DOI:10.1126/science.abl4266
摘要

Berry curvature is analogous to magnetic field but in momentum space and is commonly present in materials with non-trivial quantum geometry. It endows Bloch electrons with transverse anomalous velocities to produce Hall-like currents even in the absence of a magnetic field. We report the direct observation of in situ tunable valley-selective Hall effect (VSHE), where inversion symmetry, and thus the geometric phase of electrons, is controllable by an out-of-plane electric field. We use high-quality bilayer graphene with an intrinsic and tunable bandgap, illuminated by circularly polarized mid-infrared light and confirm that the observed Hall voltage arises from an optically-induced valley population. Compared with molybdenum disulfide, we find orders of magnitude larger VSHE, attributed to the inverse scaling of the Berry curvature with bandgap. By monitoring the valley-selective Hall conductivity, we study Berry curvature's evolution with bandgap. This in situ manipulation of VSHE paves the way for topological and quantum geometric opto-electronic devices, such as more robust switches and detectors.
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