Elm və kvant fizikası elmində “Sehrli bucaq” bükülmüş ikiqatlı qrafen (TBLG) adlanan Mohr zolaqlarının və yastı kəmərlərin davranışı elm adamlarının böyük marağına səbəb olub, baxmayaraq ki, bir çox xüsusiyyətlər qızğın müzakirələrlə üzləşir. “Science Progress” jurnalında dərc olunan yeni araşdırmada Emilio Colledo və ABŞ və Yaponiyanın Fizika və Material Elmləri Departamentinin alimləri bükülmüş ikiqatlı qrafendə superkeçiricilik və analogiya müşahidə ediblər. Mott izolyator vəziyyəti təxminən 0,93 dərəcə burulma bucağına malikdir. Bu bucaq əvvəlki tədqiqatda hesablanmış “sehrli bucaq” bucağından (1,1°) 15% kiçikdir. Bu tədqiqat göstərir ki, bükülmüş ikiqatlı qrafenin "sehrli bucaq" diapazonu əvvəllər gözləniləndən daha böyükdür.
Bu tədqiqat kvant fizikasında tətbiqlər üçün bükülmüş ikiqatlı qrafendə güclü kvant hadisələrinin deşifrə edilməsi üçün çoxlu yeni məlumatlar təqdim edir. Fiziklər "Twistronics"i qrafendə muare və yastı zolaqlar yaratmaq üçün bitişik van der Waals təbəqələri arasında nisbi bükülmə bucağı kimi təyin edirlər. Bu konsepsiya, cərəyan axınına nail olmaq üçün iki ölçülü materiallara əsaslanan cihaz xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirmək və fərdiləşdirmək üçün yeni və unikal üsula çevrildi. “Twistronics”in diqqətəlayiq təsiri tədqiqatçıların qabaqcıl işlərində nümayiş etdirildi ki, iki tək qatlı qrafen təbəqəsi “sehrli bucaq” θ=1,1±0,1° burulma bucağında yığıldıqda çox düz bir zolaq meydana çıxır. .
Bu tədqiqatda, bükülmüş ikiqatlı qrafendə (TBLG) “sehrli bucaq”da super qəfəsin birinci mikroşeridinin (struktur xüsusiyyətinin) izolyasiya mərhələsi yarı dolu olmuşdur. Tədqiqat qrupu müəyyən etdi ki, bu, bir qədər yüksək və aşağı dopinq səviyyələrində super keçiricilik nümayiş etdirən Mott izolyatorudur (superkeçirici xüsusiyyətlərə malik izolyator). Faza diaqramı superkeçirici keçid temperaturu (Tc) və Fermi temperaturu (Tf) arasında yüksək temperaturlu superkeçirici göstərir. Bu tədqiqat qrafen zolağının strukturu, topologiyası və əlavə “Sehrli Bucaq” yarımkeçirici sistemləri ilə bağlı böyük marağa və nəzəri müzakirələrə səbəb oldu. İlkin nəzəri hesabatla müqayisədə eksperimental tədqiqatlar nadirdir və yeni başlamışdır. Bu işdə komanda müvafiq izolyasiya və superkeçirici vəziyyətləri göstərən “sehrli bucaq” bükülmüş ikiqatlı qrafen üzərində ötürmə ölçmələri aparmışdır.
Müəyyən edilmiş “Sehrli bucaq”dan 15% kiçik olan gözlənilmədən təhrif olunmuş 0,93 ± 0,01 bucaq da bu günə qədər bildirilən ən kiçik göstəricidir və superkeçirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Bu nəticələr göstərir ki, yeni korrelyasiya vəziyyəti qrafenin ilk mikro zolağından kənarda, ilkin “sehrli bucaqdan” daha aşağı olan “Sehrli Bucaq” bükülmüş ikiqatlı qrafendə görünə bilər. Bu "sehrli buynuz" bükülmüş ikiqatlı qrafen cihazlarını qurmaq üçün komanda "yırt və yığın" yanaşmasından istifadə etdi. Altıbucaqlı bor nitrid (BN) təbəqələri arasındakı struktur kapsullaşdırılıb; Cr/Au (xrom/qızıl) kənar kontaktlara birləşdirilmiş çoxlu naqillərlə Hall çubuq həndəsəsinə naxışlanmış. Bütün "Sehrli Bucaq" bükülmüş ikiqatlı qrafen cihazı arxa qapı kimi istifadə edilən qrafen təbəqəsinin üstündə hazırlanmışdır.
Alimlər pompalanan HE4 və HE3 kriostatlarında cihazları ölçmək üçün standart birbaşa cərəyan (DC) və alternativ cərəyan (AC) kilidləmə üsullarından istifadə edirlər. Komanda cihazın uzununa müqaviməti (Rxx) və genişlənmiş qapı gərginliyi (VG) diapazonu arasındakı əlaqəni qeyd etdi və 1.7K temperaturda B maqnit sahəsini hesabladı. Kiçik elektron-deşik asimmetriyasının "Sehrli Bucaq" bükülmüş ikiqatlı qrafen cihazının xas xüsusiyyəti olduğu müşahidə edildi. Əvvəlki hesabatlarda müşahidə edildiyi kimi, komanda bu nəticələri qeyd etdi və indiyə qədər superkeçirici olan hesabatları təfərrüatlandırdı. Xarakterik "Sehrli Bucaq" ikiqatlı qrafen cihazının minimum burulma bucağını bükür. Landau fan-chartını daha yaxından araşdıran tədqiqatçılar bəzi diqqətəlayiq xüsusiyyətlər əldə etdilər.
Məsələn, Landau səviyyəsinin yarı dolmadakı zirvəsi və ikiqat degenerasiyası əvvəllər müşahidə edilmiş Momentə bənzər izolyasiya vəziyyətlərinə uyğundur. Komanda SU(4) təxmini spin vadisinin simmetriyasında qırılma və yeni kvazi hissəcik Fermi səthinin əmələ gəlməsini göstərdi. Bununla belə, detallar daha ətraflı yoxlama tələb edir. Əvvəlki tədqiqatlara bənzər Rxx (uzununa müqavimət) artıran super keçiriciliyin görünüşü də müşahidə edildi. Komanda daha sonra superkeçirici fazanın kritik temperaturunu (Tc) araşdırdı. Bu nümunədə superkeçiricilərin optimal dopinqi üçün heç bir məlumat əldə edilmədiyi üçün elm adamları 0,5K-a qədər kritik temperatur qəbul etdilər. Bununla belə, bu qurğular superkeçirici vəziyyətdən aydın məlumat əldə edə bilməyincə təsirsiz olur. Superkeçirici vəziyyəti daha çox araşdırmaq üçün tədqiqatçılar cihazın müxtəlif daşıyıcı sıxlıqlarında dörd terminallı gərginlik-cari (VI) xüsusiyyətlərini ölçdülər.
Əldə edilən müqavimət göstərir ki, super cərəyan daha böyük sıxlıq diapazonunda müşahidə olunur və paralel maqnit sahəsi tətbiq edildikdə super cərəyanın sıxışdırılmasını göstərir. Tədqiqat zamanı müşahidə olunan davranış haqqında fikir əldə etmək üçün tədqiqatçılar Bistritzer-MacDonald modelindən və təkmilləşdirilmiş parametrlərdən istifadə edərək “Sehrli Bucaq” bükülmüş ikiqatlı qrafen cihazının Moir zolaq strukturunu hesablayıblar. “Sehrli bucaq” bucağının əvvəlki hesablanması ilə müqayisədə hesablanmış aşağı enerjili Moire zolağı yüksək enerji zolağından təcrid olunmur. Cihazın bükülmə bucağı başqa yerdə hesablanmış “sehrli bucaq” bucağından kiçik olsa da, cihazda fiziklərin gözlənilməz və mümkün hesab etdiyi əvvəlki tədqiqatlarla (Mort izolyasiyası və superkeçiricilik) güclü şəkildə əlaqəli bir fenomen var.
Böyük sıxlıqlarda davranışı (hər bir enerjidə mövcud vəziyyətlərin sayı) əlavə qiymətləndirdikdən sonra alimlər tərəfindən müşahidə edilən xüsusiyyətlər yeni yaranan əlaqəli izolyasiya vəziyyətlərinə aid edilir. Gələcəkdə izolyasiyanın qəribə vəziyyətini başa düşmək və onların kvant spin mayeləri kimi təsnif edilə biləcəyini müəyyən etmək üçün vəziyyətlərin sıxlığının (DOS) daha ətraflı tədqiqi aparılacaqdır. Bu yolla, elm adamları kiçik bir bükülmə bucağı (0,93 °) olan bükülmüş ikiqatlı qrafen cihazında Mox-a bənzər izolyasiya vəziyyətinin yaxınlığında super keçiriciliyi müşahidə etdilər. Bu tədqiqat göstərir ki, belə kiçik bucaqlarda və yüksək sıxlıqlarda belə, elektron korrelyasiyasının muarın xassələrinə təsiri eynidir. Gələcəkdə izolyasiya fazasının spin vadiləri öyrəniləcək və daha aşağı temperaturda yeni superkeçirici faza tədqiq ediləcək. Eksperimental tədqiqatlar bu davranışın mənşəyini anlamaq üçün nəzəri səylərlə birləşdiriləcək.
Göndərmə vaxtı: 08 oktyabr 2019-cu il