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Using Nuclear Spins To Probe Low Dimensional Electronic States

Mardi 20 septembre 2016 15:00 - Duree : 1 heure
Lieu : Salle "Remy Lemaire" K 223 (1er étage) bât. K de l’institut Néel/CNRS

Orateur : Benjamin PIOT (LNCMI, Grenoble)

ATTENTION : en raison de la mise en application avancée du plan Vigipirate, toutes les personnes qui ne possèdent pas de badge CNRS doivent nous signaler leur venue en précisant avant lundi 19 septembre 15h45, afin d’ajouter leur nom à la liste des personnes autorisées à entrer sur le site.

In this talk, I will describe how nuclear spins can be used to probe electronic states in low dimensional systems. I will focus on the physics of electrons in 2 dimensions in the presence of a normal magnetic field. In this so-called “quantum Hall regime”, a sensitive nuclear magnetic resonance (NMR) technique known as “Resistively-detected-NMR” can be employed to measure the spin polarization of many-body interactions driven electronic states. A first example of such states is the integer quantum Hall state observed when one Landau level is completely filled (filling factor ν =1). In this case, exchange interactions between electrons induce a long range ferromagnetic order, while peculiar spin textures known as “Skyrmions” tend to depolarize the system. I will present recent results [1] showing that the ferromagnetic state is surprisingly stabilized with an optimal amount of disorder in the 2D electron gas.

The second example I will discuss is the “ν = 5/2” fractional quantum Hall state, which has attracted much attention because of its predicted “non-abelian” anyonic quantum statistics quasiparticles, promising a potential platform for topological quantum computation. I will focus in particular on the measurement scheme [2] that we have developed to probe the sought-after spin polarization of this state.

From a more general point of view, the (hyperfine) coupling between electrons and nuclei is not only related to the electron spin degree of freedom, but also to the spatial properties of the electronic wave function. For this reason, its strength, sign and symmetry are highly material dependent. If time permits, I will briefly discuss within this context our efforts to probe, via NMR, the electronic states in the topological insulator Bi2Se3. Our identification of the bulk spin properties [3] constitutes a first step toward NMR-based studies and manipulation of the surface states in these systems.

[1] B. A. Piot, W. Desrat, D. K. Maude, D. Kazazis, A. Cavanna, and U. Gennser, Phys. Rev. Lett. 116, 106801 (2016).

[2] M. Stern, B. A. Piot, Y. Vardi, V. Umansky, P. Plochocka, D. K. Maude, and I. Bar-Joseph, Phys. Rev. Lett. 108, 066810 (2012).

[3] S. Mukhopadhyay, S. Krämer, H. Mayaffre, H. F. Legg, M. Orlita, C. Berthier, M. Horvatić, G. Martinez, M. Potemski, B. A. Piot, A. Materna, G. Strzelecka, and A. Hruban, Phys. Rev. B 91, 081105(R) (2015).

Contact : benjamin.sacepe@grenoble.cnrs.fr

Discipline évènement : (Physique)
Entité organisatrice : (Fondation Nanosciences)
Nature évènement : (Séminaire)
Evènement répétitif : (Séminaire Nanoélectronique Quantique)
Site de l'évènement : Polygone scientifique

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