In gedraaid dubbellaags grafeen zijn onverwachts kwantumoscillaties waargenomen die volgens de gangbare regels van het lineaire Hall-effect niet zouden mogen bestaan. Chinese natuurkundigen hebben deze verschijnselen direct experimenteel vastgesteld en aangetoond dat ze voortkomen uit de niet-lineaire respons van het systeem.
Een onderzoeksteam onder leiding van Junxi Duan van het Beijing Institute of Technology verrichtte metingen aan monsters van gedraaid dubbellaags grafeen met een kleine rotatiehoek. De wetenschappers pasten een wisselend elektrisch veld toe en registreerden een transversale stroom die varieerde met een periode die afhankelijk was van het magnetisch veld. De resultaten zijn in juni 2026 gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Het reguliere Hall-effect vertoont een lineaire respons waarbij de stroom evenredig is met het aangelegde veld. In dit specifieke geval verscheen er echter een kwadratische factor die oscillaties veroorzaakte die doen denken aan het Shubnikov-de Haas-effect, maar dan zonder de gebruikelijke vulling van Landau-niveaus. Stel u een slinger voor die niet alleen zwaait door een duw, maar ook doordat de duw zelf de baan van de slinger vervormt — op vergelijkbare wijze brengt de niet-lineariteit hier de kwantumtoestanden in beweging.
Deze oscillaties maken het mogelijk om de kwantumgeometrie van de golffuncties van elektronen buiten de lineaire benadering te onderzoeken. Ze staan in direct verband met de topologische eigenschappen en de sterke elektroninteracties binnen de moiré-systemen van grafeen.
De ontdekking biedt een nieuw instrument voor de bestudering van topologische fasen en interactietoestanden die de basis vormen voor toekomstige kwantummaterialen. Hierdoor is het nu mogelijk om niet-lineaire bijdragen in real-time te meten zonder het monster te beschadigen.
De resultaten in Physical Review Letters bevestigen dat het niet-lineaire Hall-effect in gedraaid grafeen een venster opent naar een voorheen ontoegankelijk gebied van de kwantumgeometrie.
