Паводзіны палос Мора і плоскіх паясоў у навуцы аб прыродазнаўстве і квантавай фізіцы пад назвай «магічны вугал» - скручены двухслойны графен (TBLG) прыцягнулі вялікую цікавасць навукоўцаў, хаця многія ўласцівасці выклікаюць гарачыя дыскусіі. У новым даследаванні, апублікаваным у часопісе Science Progress, Эміліо Каледа і навукоўцы з Дэпартамента фізікі і матэрыялазнаўства ў Злучаных Штатах і Японіі назіралі звышправоднасць і аналогію ў скручаным двухслойным графене. Стан ізалятара Мотта мае кут закручвання каля 0,93 градуса. Гэты вугал на 15% меншы за вугал «магічнага вугла» (1,1°), разлічаны ў папярэднім даследаванні. Гэта даследаванне паказвае, што дыяпазон «магічнага кута» вітага двухслойнага графена большы, чым чакалася раней.
Гэта даследаванне дае масу новай інфармацыі для расшыфроўкі моцных квантавых з'яў у скрученным двухслойным графене для прымянення ў квантавай фізіцы. Фізікі вызначаюць «Twistronics» як адносны вугал закручвання паміж суседнімі пластамі Ван-дэр-Ваальса для атрымання муара і плоскіх палос у графене. Гэтая канцэпцыя стала новым і унікальным метадам істотнага змены і наладжвання ўласцівасцей прылад на аснове двухмерных матэрыялаў для дасягнення патоку току. Выдатны эфект "Twistronics" быў прадэманстраваны ў піянерскай працы даследчыкаў, якая прадэманстравала, што калі два аднаслаёвых пласта графена складаюцца пад "магічным вуглом" вуглом закруткі θ=1,1±0,1°, з'яўляецца вельмі плоская паласа. .
У гэтым даследаванні ў скручаным двухслойным графене (TBLG) ізаляцыйная фаза першай мікрапалоскі (структурная асаблівасць) звышрашоткі пад «магічным вуглом» была напалову запоўненая. Даследчая група вызначыла, што гэта ізалятар Мота (ізалятар са звышправоднымі ўласцівасцямі), які дэманструе звышправоднасць пры крыху больш высокіх і меншых узроўнях допінгу. Фазавая дыяграма паказвае высокатэмпературны звышправаднік паміж тэмпературай звышправоднага пераходу (Tc) і тэмпературай Фермі (Tf). Гэта даследаванне прывяло да вялікай цікавасці і тэарэтычных дэбатаў аб зоннай структуры графена, тапалогіі і дадатковых паўправадніковых сістэмах «Чароўны вугал». У параўнанні з першапачатковай тэарэтычнай справаздачай, эксперыментальныя даследаванні рэдкія і толькі пачаліся. У гэтым даследаванні каманда правяла вымярэнні прапускання на двухслаёвым графене з «магічным вуглом», які паказвае адпаведныя ізаляцыйныя і звышправодныя стану.
Нечакана скажоны вугал у 0,93 ± 0,01, які на 15% меншы за ўстаноўлены «магічны вугал», таксама з'яўляецца самым малым з зарэгістраваных на сённяшні дзень і дэманструе звышправодныя ўласцівасці. Гэтыя вынікі паказваюць на тое, што новы стан карэляцыі можа з'явіцца ў двухслаёвым графене з "чароўным вуглом", ніжэйшым за першасны "магічны вугал", за межамі першай мікрапалоскі графена. Каб пабудаваць гэтыя двухслойныя графенавыя прылады з «чароўным рогам», каманда выкарыстала падыход «раздзірай і складай». Структура паміж пластамі гексаганальнага нітрыду бору (BN) інкапсулявана; узорам у геаметрыю стрыжня Хола з некалькімі правадамі, злучанымі з краевымі кантактамі Cr/Au (хром/золата). Увесь скручаны двухслойны графенавы прыбор «Magic Angle» быў выраблены на вяршыні пласта графена, які выкарыстоўваўся ў якасці задняй брамы.
Навукоўцы выкарыстоўваюць стандартныя метады блакіроўкі пастаяннага току (DC) і пераменнага току (AC) для вымярэння прылад у крыястатах HE4 і HE3 з помпай. Каманда запісала ўзаемасувязь паміж падоўжным супрацівам прылады (Rxx) і пашыраным дыяпазонам напружання засаўкі (VG) і вылічыла магнітнае поле B пры тэмпературы 1,7K. Было заўважана, што невялікая электронна-дзірачная асіметрыя з'яўляецца неад'емнай уласцівасцю прылады са скручаным двухслойным графенам «Чароўны вугал». Як адзначалася ў папярэдніх справаздачах, каманда запісала гэтыя вынікі і падрабязна апісала справаздачы, якія да гэтага часу былі звышправоднымі. Характэрны «чароўны кут» закручвае мінімальны вугал кручэння двухслойнага графена. Пры больш уважлівым вывучэнні веернай дыяграмы Ландау даследчыкі выявілі некаторыя прыкметныя асаблівасці.
Напрыклад, пік пры напалову запаўненні і двухразовае выраджэнне ўзроўню Ландау адпавядаюць назіраным раней Момантападобным станам ізаляцыі. Каманда паказала парушэнне сіметрыі прыблізнай спінавай даліны SU(4) і ўтварэнне новай квазічасцічнай паверхні Фермі. Аднак дэталі патрабуюць больш дэталёвага агляду. Таксама назіралася з'яўленне звышправоднасці, якая павялічвала Rxx (падоўжнае супраціўленне), падобна папярэднім даследаванням. Затым каманда даследавала крытычную тэмпературу (Tc) звышправоднай фазы. Паколькі не было атрымана дадзеных аб аптымальным легіраванні звышправаднікоў у гэтым узоры, навукоўцы прынялі крытычную тэмпературу да 0,5 К. Аднак гэтыя прылады становяцца неэфектыўнымі, пакуль яны не змогуць атрымаць дакладныя дадзеныя са звышправоднага стану. Для далейшага даследавання звышправоднага стану даследчыкі вымералі характарыстыкі напружання-току (VI) прылады на чатырох клемах пры розных шчыльнасцях носьбітаў.
Атрыманае супраціўленне паказвае, што звышток назіраецца ў большым дыяпазоне шчыльнасці, і дэманструе падаўленне звыштоку, калі прымяняецца паралельнае магнітнае поле. Каб атрымаць уяўленне аб паводзінах, назіраных у даследаванні, даследчыкі разлічылі структуру паласы Муара двухслаёвай графенавай прылады «Magic Angle», выкарыстоўваючы мадэль Бістрыцэра-Макдональда і палепшаныя параметры. У параўнанні з папярэднім разлікам вугла «Магічнага вугла», разлічаная паласа Муара з нізкай энергіяй не ізалявана ад паласы з высокай энергіяй. Нягледзячы на тое, што вугал павароту прылады меншы, чым вугал «магічнага вугла», разлічаны ў іншых месцах, у прыладзе ёсць феномен, цесна звязаны з папярэднімі даследаваннямі (ізаляцыя Морта і звышправоднасць), якія фізікі палічылі нечаканымі і магчымымі.
Пасля далейшай ацэнкі паводзін пры вялікіх шчыльнасцях (колькасці станаў, даступных для кожнай энергіі), характарыстыкі, якія назіралі навукоўцы, адносяць да новых звязаных з імі ізаляцыйных станаў. У будучыні будзе праведзена больш дэталёвае даследаванне шчыльнасці станаў (DOS), каб зразумець няцотны стан ізаляцыі і вызначыць, ці можна іх класіфікаваць як квантавыя спінавыя вадкасці. Такім чынам навукоўцы назіралі звышправоднасць паблізу Mox-падобнага ізаляцыйнага стану ў скрученным двухслойным графенавым прыладзе з невялікім вуглом закруткі (0,93°). Гэта даследаванне паказвае, што нават пры такіх малых вуглах і высокай шчыльнасці ўплыў карэляцыі электронаў на ўласцівасці муара аднолькавы. У далейшым будуць даследаваны спінавыя даліны ізаляцыйнай фазы і новая звышправодная фаза пры больш нізкай тэмпературы. Эксперыментальныя даследаванні будуць спалучацца з тэарэтычнымі намаганнямі, каб зразумець паходжанне такіх паводзін.
Час размяшчэння: 8 кастрычніка 2019 г