El comportament de les ratlles de Mohr i els cinturons plans en la ciència de la ciència i la física quàntica anomenada grafè bicapa retorçada (TBLG) "Angle màgic" ha despertat un gran interès per part dels científics, tot i que moltes propietats s'enfronten a un acalorat debat. En un nou estudi publicat a la revista Science Progress, Emilio Colledo i científics del Departament de Física i Ciència dels Materials dels Estats Units i el Japó van observar la superconductivitat i l'analogia en el grafè de bicapa retorçada. L'estat aïllant de Mott té un angle de gir d'uns 0,93 graus. Aquest angle és un 15% més petit que l'angle "angle màgic" (1,1 °) calculat a l'estudi anterior. Aquest estudi mostra que el rang d'"angle màgic" del grafè bicapa retorçat és més gran del que s'esperava anteriorment.
Aquest estudi proporciona una gran quantitat d'informació nova per desxifrar els fenòmens quàntics forts en el grafè de bicapa retorçada per a aplicacions en física quàntica. Els físics defineixen "Twistronics" com l'angle de gir relatiu entre les capes de van der Waals adjacents per produir moiré i bandes planes en grafè. Aquest concepte s'ha convertit en un mètode nou i únic per canviar i personalitzar significativament les propietats dels dispositius basats en materials bidimensionals per aconseguir el flux de corrent. L'efecte notable de "Twistronics" es va exemplificar en el treball pioner dels investigadors, demostrant que quan dues capes de grafè d'una sola capa s'apilen amb un angle de gir "angle màgic" de θ = 1,1 ± 0,1 °, apareix una banda molt plana. .
En aquest estudi, en el grafè de bicapa retorçada (TBLG), la fase aïllant de la primera microstrip (característica estructural) de la superreixat a l'"angle màgic" es va semi-omplir. L'equip d'investigació va determinar que es tracta d'un aïllant Mott (un aïllant amb propietats superconductores) que presenta una superconductivitat a nivells de dopatge lleugerament més alts i més baixos. El diagrama de fases mostra el superconductor d'alta temperatura entre la temperatura de transició superconductora (Tc) i la temperatura de Fermi (Tf). Aquesta investigació va provocar un gran interès i un debat teòric sobre l'estructura de bandes de grafè, la topologia i els sistemes addicionals de semiconductors "Magic Angle". En comparació amb l'informe teòric original, la investigació experimental és rara i acaba de començar. En aquest estudi, l'equip va realitzar mesures de transmissió sobre el grafè bicapa retorçat "angle màgic" que mostra els estats aïllants i superconductors rellevants.
Un angle distorsionat inesperadament de 0,93 ± 0,01, que és un 15% més petit que l'"angle màgic" establert, també és el més petit reportat fins ara i presenta propietats superconductores. Aquests resultats indiquen que el nou estat de correlació pot aparèixer al grafè de bicapa retorçada "Angle màgic", inferior a l'"angle màgic" primari, més enllà de la primera microtira de grafè. Per construir aquests dispositius de grafè de bicapa retorçada de "corna màgica", l'equip va utilitzar un enfocament de "lligar i apilar". L'estructura entre les capes hexagonals de nitrur de bor (BN) està encapsulada; modelat en una geometria de vareta Hall amb diversos cables acoblats a contactes de vora Cr/Au (crom/or). Tot el dispositiu de grafè de bicapa retorçada "Magic Angle" es va fabricar a la part superior de la capa de grafè utilitzada com a porta posterior.
Els científics utilitzen tècniques estàndard de bloqueig de corrent continu (DC) i corrent altern (AC) per mesurar dispositius en criostats HE4 i HE3 bombejats. L'equip va registrar la relació entre la resistència longitudinal del dispositiu (Rxx) i el rang de tensió de porta estès (VG) i va calcular el camp magnètic B a una temperatura d'1,7 K. Es va observar que una petita asimetria de forats d'electrons era una propietat inherent del dispositiu de grafè de bicapa retorçada "Magic Angle". Tal com s'ha observat en informes anteriors, l'equip va registrar aquests resultats i va detallar els informes que fins ara han estat superconductors. El característic "angle màgic" retorça l'angle de torsió mínim del dispositiu de grafè de bicapa. Amb un examen més detallat del diagrama de fans de Landau, els investigadors van obtenir algunes característiques notables.
Per exemple, el pic a la meitat d'ompliment i la doble degeneració del nivell de Landau són coherents amb els estats d'aïllament de Moment observats anteriorment. L'equip va mostrar una ruptura en la simetria de la vall de spin aproximada SU(4) i la formació d'una nova superfície de Fermi quasi partícules. Tanmateix, els detalls requereixen una inspecció més detallada. També es va observar l'aparició de superconductivitat, que va augmentar la Rxx (resistència longitudinal), similar als estudis anteriors. A continuació, l'equip va examinar la temperatura crítica (Tc) de la fase superconductora. Com que no es van obtenir dades per al dopatge òptim dels superconductors en aquesta mostra, els científics van suposar una temperatura crítica de fins a 0,5 K. Tanmateix, aquests dispositius es tornen ineficaços fins que són capaços d'obtenir dades clares de l'estat superconductor. Per investigar més l'estat superconductor, els investigadors van mesurar les característiques de tensió-corrent (VI) de quatre terminals del dispositiu a diferents densitats de portadors.
La resistència obtinguda mostra que s'observa súper corrent en un rang de densitat més gran i mostra la supressió de súper corrent quan s'aplica un camp magnètic paral·lel. Per obtenir informació sobre el comportament observat a l'estudi, els investigadors van calcular l'estructura de la banda Moir del dispositiu de grafè de bicapa retorçada "Magic Angle" mitjançant el model Bistritzer-MacDonald i paràmetres millorats. En comparació amb el càlcul anterior de l'angle "Angle màgic", la banda Moire de baixa energia calculada no està aïllada de la banda d'alta energia. Tot i que l'angle de gir del dispositiu és més petit que l'angle "angle màgic" calculat en altres llocs, el dispositiu té un fenomen que està fortament relacionat amb estudis anteriors (aïllament de Mort i superconductivitat), que els físics van trobar inesperats i factibles.
Després d'avaluar encara més el comportament a grans densitats (el nombre d'estats disponibles en cada energia), les característiques observades pels científics s'atribueixen als nous estats d'aïllament associats emergents. En el futur, es realitzarà un estudi més detallat de la densitat d'estats (DOS) per entendre l'estat estrany d'aïllament i per determinar si es poden classificar com a líquids de spin quàntic. D'aquesta manera, els científics van observar la superconductivitat a prop de l'estat aïllant semblant a Mox en un dispositiu de grafè de bicapa retorçada amb un angle de gir petit (0,93 °). Aquest estudi mostra que fins i tot amb angles tan petits i densitats elevades, l'efecte de la correlació electrònica sobre les propietats del moiré és el mateix. En el futur s'estudiaran les valls de spin de la fase aïllant i s'estudiarà una nova fase superconductora a una temperatura més baixa. La investigació experimental es combinarà amb els esforços teòrics per entendre l'origen d'aquest comportament.
Hora de publicació: Oct-08-2019