QUANTUM HALL効果ウルトラクレアン二重層グラフェン/WSE2ヘテロ構造のスピン軌道カップリング強度の測定

二重層のグラフェン/少数の層WSE2ヘテロ構造デバイスで、近接誘発性スピン軌道結合（SOC）を研究しています。コンタクトモード原子間顕微鏡（AFM）クリーニングにより、ウルトラクレアンインターフェイスと高モビリティデバイスが得られます。垂直磁場では、量子ホールの効果を測定して、外れている面と面内のRashba Socの存在下でのLandauレベル構造を決定します。レイヤー選択のSOC近接効果に由来する二重ゲートで、電荷密度と変位フ​​ィールドを独立して調整すると、異なるランダウレベルの交差パターンが現れます。ランダウレベルの交差を分析し、ランダウ間レベルのエネルギーギャップを測定すると、近接誘発性SOCエネルギースケールが得られます。ISING SOCは約2.2 MEVで、グラフェンの内因性SOCよりも100倍高く、その兆候は、SOCの中間層ツイスト角への依存性を予測する理論と一致しています。Rashba Socは約15 Mevです。最後に、ランダウ間レベルのクーロン相互作用の磁場依存性を推測します。これらのウルトラクレアン二重層グラフェン/WSE2ヘテロ構造は、新しいトポロジの電子状態を実現し、ナノ構造のスピンを操作する可能性のある高移動度システムを提供します。

We study proximity-induced spin-orbit coupling (SOC) in bilayer graphene/few-layer WSe2 heterostructure devices. Contact mode atomic force microscopy (AFM) cleaning yields ultraclean interfaces and high-mobility devices. In a perpendicular magnetic field, we measure the quantum Hall effect to determine the Landau level structure in the presence of out-of-plane Ising and in-plane Rashba SOC. A distinct Landau level crossing pattern emerges when tuning the charge density and displacement field independently with dual gates, originating from a layer-selective SOC proximity effect. Analyzing the Landau level crossings and measured inter-Landau level energy gaps yields the proximity-induced SOC energy scale. The Ising SOC is ∼2.2 meV, 100 times higher than the intrinsic SOC in graphene, whereas its sign is consistent with theories predicting a dependence of SOC on interlayer twist angle. The Rashba SOC is ∼15 meV. Finally, we infer the magnetic field dependence of the inter-Landau level Coulomb interactions. These ultraclean bilayer graphene/WSe2 heterostructures provide a high mobility system with the potential to realize novel topological electronic states and manipulate spins in nanostructures.