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Anomalous Landau Level Gaps Near Magnetic Transitions in Monolayer WSe2
Physical Review X ( IF 11.6 ) Pub Date : 2024-08-01 , DOI: 10.1103/physrevx.14.031018 Benjamin A. Foutty 1, 2 , Vladimir Calvera 2 , Zhaoyu Han 2 , Carlos R. Kometter 1, 2 , Song Liu 3 , Kenji Watanabe 4 , Takashi Taniguchi 4 , James C. Hone 3 , Steven A. Kivelson 2 , Benjamin E. Feldman 1, 2, 5
Physical Review X ( IF 11.6 ) Pub Date : 2024-08-01 , DOI: 10.1103/physrevx.14.031018 Benjamin A. Foutty 1, 2 , Vladimir Calvera 2 , Zhaoyu Han 2 , Carlos R. Kometter 1, 2 , Song Liu 3 , Kenji Watanabe 4 , Takashi Taniguchi 4 , James C. Hone 3 , Steven A. Kivelson 2 , Benjamin E. Feldman 1, 2, 5
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First-order phase transitions produce abrupt changes to the character of both ground and excited electronic states. Here we conduct electronic compressibility measurements to map the spin phase diagram and Landau level (LL) energies of monolayer WSe2 in a magnetic field. We resolve a sequence of first-order phase transitions between completely spin-polarized LLs and states with LLs of both spins. Unexpectedly, the LL gaps are roughly constant over a wide range of magnetic fields below the transitions, which we show reflects spin-polarized ground states with opposite spin excitations. These transitions also extend into compressible regimes, with a sawtooth boundary between full and partial spin polarization. We link these observations to the important influence of LL filling on the exchange energy beyond a smooth density-dependent contribution. Our results show that WSe 2 realizes a unique hierarchy of energy scales where such effects induce reentrant magnetic phase transitions tuned by density and magnetic field. Published by the American Physical Society 2024
中文翻译:
单层 WSe2 中磁跃迁附近的异常朗道能级间隙
一阶相变会对基态和激发电子态的特性产生突然变化。在这里,我们进行电子压缩率测量,以绘制磁场中单层 WSe2 的自旋相图和朗道能级 (LL) 能量。我们解析了完全自旋极化 LL 和具有两种自旋 LL 的状态之间的一系列一阶相变。出乎意料的是,LL 间隙在跃迁下方的宽范围内大致恒定,我们展示了这反映了具有相反自旋激发的自旋极化基态。这些跃迁还延伸到可压缩状态,在全自旋极化和部分自旋极化之间具有锯齿状边界。我们将这些观察结果与 LL 填充对交换能量的重要影响联系起来,而不仅仅是平滑的密度依赖性贡献。我们的结果表明,WSe2 实现了一个独特的能量尺度层次结构,其中这种效应诱导了由密度和磁场调节的可重入磁相变。 美国物理学会 2024 年出版
更新日期:2024-08-01
中文翻译:
单层 WSe2 中磁跃迁附近的异常朗道能级间隙
一阶相变会对基态和激发电子态的特性产生突然变化。在这里,我们进行电子压缩率测量,以绘制磁场中单层 WSe2 的自旋相图和朗道能级 (LL) 能量。我们解析了完全自旋极化 LL 和具有两种自旋 LL 的状态之间的一系列一阶相变。出乎意料的是,LL 间隙在跃迁下方的宽范围内大致恒定,我们展示了这反映了具有相反自旋激发的自旋极化基态。这些跃迁还延伸到可压缩状态,在全自旋极化和部分自旋极化之间具有锯齿状边界。我们将这些观察结果与 LL 填充对交换能量的重要影响联系起来,而不仅仅是平滑的密度依赖性贡献。我们的结果表明,WSe2 实现了一个独特的能量尺度层次结构,其中这种效应诱导了由密度和磁场调节的可重入磁相变。 美国物理学会 2024 年出版