In verdrehtem zweilagigem Graphen traten unerwartet Quantenoszillationen auf, die nach den herkömmlichen Regeln des linearen Hall-Effekts eigentlich nicht existieren dürften. Chinesische Physiker konnten diese Phänomene in Experimenten direkt nachweisen und zeigen, dass sie auf eine nichtlineare Antwort des Systems zurückzuführen sind.
Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Junxi Duan vom Beijing Institute of Technology führte Messungen an Proben aus verdrehtem Bilagen-Graphen mit kleinem Verdrehungswinkel durch. Die Wissenschaftler legten ein elektrisches Wechselfeld an und registrierten einen Querstrom, dessen Periodizität von der Stärke des Magnetfelds abhing. Die Ergebnisse wurden im Juni 2026 in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Der gewöhnliche Hall-Effekt zeichnet sich durch eine lineare Antwort aus, bei der der Strom proportional zum Feld ist. In diesem Fall jedoch trat ein quadratischer Term auf, der Oszillationen hervorruft, die dem Schubnikow-de-Haas-Effekt ähneln, jedoch ohne die übliche Besetzung von Landau-Niveaus entstehen. Man stelle sich ein Pendel vor, das nicht nur durch einen Stoß schwingt, sondern auch dadurch, wie dieser Stoß selbst die Flugbahn verändert – genau so „regt“ die Nichtlinearität die Quantenzustände an.
Diese Oszillationen ermöglichen es, die Quantengeometrie der Elektronen-Wellenfunktionen jenseits der linearen Näherung zu untersuchen. Sie stehen in direktem Zusammenhang mit den topologischen Eigenschaften und den starken elektronischen Wechselwirkungen in Moiré-Graphen-Systemen.
Die Entdeckung bietet ein neues Werkzeug zur Erforschung topologischer Phasen und wechselwirkender Zustände, die die Grundlage künftiger Quantenmaterialien bilden. Damit lassen sich nichtlineare Beiträge nun in Echtzeit messen, ohne die Probe zu zerstören.
Die in Physical Review Letters publizierten Ergebnisse bestätigen, dass der nichtlineare Hall-Effekt in verdrehtem Graphen ein Fenster in einen bisher unzugänglichen Bereich der Quantengeometrie öffnet.
