Ponašanje Mohrovih pruga i ravnih pojaseva u nauci o nauci i kvantnoj fizici pod nazivom "Magični ugao" uvrnuti dvoslojni grafen (TBLG) privuklo je veliko interesovanje naučnika, iako se mnoga svojstva suočavaju sa žestokom debatom. U novoj studiji objavljenoj u časopisu Science Progress, Emilio Colledo i naučnici iz Odjeljenja za fiziku i nauku o materijalima u Sjedinjenim Državama i Japanu uočili su supravodljivost i analogiju u upletenom dvoslojnom grafenu. Stanje Mott izolatora ima ugao zaokreta od oko 0,93 stepena. Ovaj ugao je 15% manji od ugla “magijskog ugla” (1,1°) izračunatog u prethodnoj studiji. Ova studija pokazuje da je opseg "magijskog ugla" uvijenog dvoslojnog grafena veći nego što se ranije očekivalo.
Ova studija pruža obilje novih informacija za dešifrovanje jakih kvantnih fenomena u upletenom dvoslojnom grafenu za primjenu u kvantnoj fizici. Fizičari definiraju "Twistronics" kao relativni ugao zaokreta između susjednih van der Waalsovih slojeva za proizvodnju moire i ravnih traka u grafenu. Ovaj koncept je postao nova i jedinstvena metoda za značajno mijenjanje i prilagođavanje svojstava uređaja zasnovanih na dvodimenzionalnim materijalima kako bi se postigao protok struje. Izvanredan efekat „Twistronics“-a je ilustrovan u pionirskom radu istraživača, pokazujući da kada su dva jednoslojna sloja grafena naslagana pod „magičnim uglom“ ugao uvijanja od θ=1,1±0,1°, pojavljuje se veoma ravna traka. .
U ovoj studiji, u upletenom dvoslojnom grafenu (TBLG), izolaciona faza prve mikrotrakaste (strukturne karakteristike) superrešetke pod „magičnim uglom“ bila je poluispunjena. Istraživački tim je utvrdio da je ovo Mott izolator (izolator sa supravodljivim svojstvima) koji pokazuje supravodljivost na nešto višim i nižim nivoima dopinga. Fazni dijagram prikazuje visokotemperaturni supravodič između supravodljive prelazne temperature (Tc) i Fermijeve temperature (Tf). Ovo istraživanje dovelo je do velikog interesovanja i teorijske debate o strukturi grafenskih traka, topologiji i dodatnim poluprovodničkim sistemima “Magic Angle”. U poređenju sa originalnim teorijskim izveštajem, eksperimentalna istraživanja su retka i tek su počela. U ovoj studiji, tim je izvršio mjerenja transmisije na uvijenom dvoslojnom grafenu pod "magijskim uglom" pokazujući relevantna izolacijska i supravodljiva stanja.
Neočekivano izobličeni ugao od 0,93 ± 0,01, koji je 15% manji od utvrđenog "Magijskog ugla", takođe je najmanji prijavljeni do sada i pokazuje supravodljiva svojstva. Ovi rezultati pokazuju da se novo stanje korelacije može pojaviti u uvijenom dvoslojnom grafenu “Magic Angle”, nižem od primarnog “magijskog ugla”, iza prve mikrotrake grafena. Za izradu ovih dvoslojnih grafenskih uređaja sa uvrnutim "čarobnim rogom", tim je koristio pristup "cijedi i složi". Struktura između heksagonalnih slojeva bor nitrida (BN) je inkapsulirana; sa uzorkom u geometriji Hall štapa sa više žica spojenih na Cr/Au (hrom/zlato) ivične kontakte. Cijeli “Magic Angle” uvrnuti dvoslojni grafenski uređaj proizveden je na vrhu grafenskog sloja koji se koristi kao stražnja kapija.
Naučnici koriste standardne jednosmjerne (DC) i naizmjenične struje (AC) tehnike zaključavanja za mjerenje uređaja u pumpanim HE4 i HE3 kriostatima. Tim je snimio odnos između uzdužnog otpora uređaja (Rxx) i proširenog opsega napona na gejtu (VG) i izračunao magnetno polje B na temperaturi od 1,7K. Uočeno je da je asimetrija male elektronske rupe inherentna osobina "Magic Angle" uvijenog dvoslojnog grafenskog uređaja. Kao što je primećeno u prethodnim izveštajima, tim je zabeležio ove rezultate i detaljno izložio izveštaje koji su do sada bili superprovodni. Karakteristika “Magični ugao” izokreće minimalni ugao torzije dvoslojnog grafenskog uređaja. Pažljivijim ispitivanjem Landauove karte obožavatelja, istraživači su dobili neke značajne karakteristike.
Na primjer, vrh na pola punjenja i dvostruka degeneracija Landauovog nivoa su u skladu sa prethodno uočenim izolacijskim stanjima nalik momentu. Tim je pokazao prekid simetrije približne spinske doline SU(4) i formiranje nove kvazičestične Fermijeve površine. Međutim, detalji zahtijevaju detaljniju inspekciju. Uočena je i pojava supravodljivosti, koja je povećala Rxx (longitudinalni otpor), slično prethodnim studijama. Tim je zatim ispitao kritičnu temperaturu (Tc) supravodljive faze. Pošto nisu dobijeni podaci za optimalno dopiranje supravodnika u ovom uzorku, naučnici su pretpostavili kritičnu temperaturu do 0,5K. Međutim, ovi uređaji postaju neefikasni sve dok ne budu u stanju da dobiju jasne podatke iz supravodljivog stanja. Da bi dalje istražili supravodljivo stanje, istraživači su izmjerili karakteristike četiri terminala napon-struja (VI) uređaja pri različitim gustoćama nosioca.
Dobijeni otpor pokazuje da se superstruja opaža u većem opsegu gustine i pokazuje potiskivanje superstruje kada se primeni paralelno magnetno polje. Kako bi dobili uvid u ponašanje koje je zapaženo u studiji, istraživači su izračunali strukturu Moir trake uvijenog dvoslojnog grafenskog uređaja “Magic Angle” koristeći Bistritzer-MacDonald model i poboljšane parametre. U poređenju sa prethodnim proračunom ugla “Magic Angle”, izračunati Moire opseg niske energije nije izolovan od opsega visoke energije. Iako je ugao zaokreta uređaja manji od ugla "magijskog ugla" izračunatog negdje drugdje, uređaj ima fenomen koji je usko povezan s prethodnim studijama (Mortova izolacija i supravodljivost), za koji su fizičari otkrili da je neočekivano i izvodljivo.
Nakon dalje procene ponašanja pri velikim gustoćama (broj stanja dostupnih na svakoj energiji), karakteristike koje su naučnici primetili pripisuju se novonastalim povezanim stanjima izolacije. U budućnosti će se provesti detaljnija studija gustine stanja (DOS) kako bi se razumjelo čudno stanje izolacije i utvrdilo da li se ona mogu klasificirati kao kvantne spinske tekućine. Na ovaj način, naučnici su uočili supravodljivost u blizini izolacionog stanja nalik Moxu u uvrnutom dvoslojnom grafenskom uređaju sa malim uglom uvijanja (0,93°). Ova studija pokazuje da je čak i pri tako malim uglovima i visokim gustoćama efekat korelacije elektrona na svojstva moire isti. U budućnosti će se proučavati spinske doline izolacione faze, a nova supravodljiva faza će se proučavati na nižoj temperaturi. Eksperimentalno istraživanje će biti kombinovano sa teorijskim naporima da se razume poreklo ovog ponašanja.
Vrijeme objave: Oct-08-2019