Chování Mohrových pruhů a plochých pásů ve vědě a kvantové fyzice nazývané „Magic Angle“ zkroucený dvouvrstvý grafen (TBLG) přilákalo velký zájem vědců, ačkoli mnoho vlastností čelí vášnivým debatám. V nové studii publikované v časopise Science Progress Emilio Colledo a vědci z Ústavu fyziky a materiálových věd ve Spojených státech a Japonsku pozorovali supravodivost a analogii ve zkrouceném dvouvrstvém grafenu. Stav izolátoru Mott má úhel natočení asi 0,93 stupně. Tento úhel je o 15 % menší než úhel „magického úhlu“ (1,1°) vypočítaný v předchozí studii. Tato studie ukazuje, že rozsah „magického úhlu“ zkrouceného dvouvrstvého grafenu je větší, než se dříve očekávalo.
Tato studie poskytuje množství nových informací pro dešifrování silných kvantových jevů ve zkrouceném dvouvrstvém grafenu pro aplikace v kvantové fyzice. Fyzici definují „twistroniku“ jako relativní úhel zkroucení mezi sousedními van der Waalsovými vrstvami pro vytvoření moaré a plochých pásů v grafenu. Tento koncept se stal novou a jedinečnou metodou pro výrazné změny a přizpůsobení vlastností zařízení na základě dvourozměrných materiálů pro dosažení proudového toku. Pozoruhodný efekt „Twistronics“ byl doložen v průkopnické práci výzkumníků, která prokázala, že když jsou dvě jednovrstvé grafenové vrstvy naskládány pod úhlem natočení „magického úhlu“ θ=1,1±0,1°, objeví se velmi plochý pás. .
V této studii byla ve zkrouceném dvouvrstvém grafenu (TBLG) polovyplněna izolační fáze prvního mikropásku (strukturní rys) supermřížky v „magickém úhlu“. Výzkumný tým zjistil, že se jedná o Mottův izolátor (izolátor se supravodivými vlastnostmi), který vykazuje supravodivost při mírně vyšších a nižších dopingových úrovních. Fázový diagram ukazuje vysokoteplotní supravodič mezi teplotou supravodivého přechodu (Tc) a Fermiho teplotou (Tf). Tento výzkum vedl k velkému zájmu a teoretické debatě o struktuře grafenových pásem, topologii a dalších polovodičových systémech „Magic Angle“. Ve srovnání s původní teoretickou zprávou je experimentální výzkum vzácný a právě začal. V této studii tým provedl měření přenosu na „magickém úhlu“ zkrouceného dvouvrstvého grafenu, který ukazuje příslušné izolační a supravodivé stavy.
Neočekávaně zkreslený úhel 0,93 ± 0,01, což je o 15 % menší než zavedený „Magic Angle“, je také nejmenší dosud hlášený úhel a vykazuje supravodivé vlastnosti. Tyto výsledky naznačují, že nový stav korelace se může objevit ve zkrouceném dvouvrstvém grafenu „Magic Angle“, nižší než primární „magický úhel“, za prvním mikroproužkem grafenu. K sestavení těchto dvouvrstvých grafenových zařízení s „magickým rohem“ použil tým přístup „roztrhání a stohování“. Struktura mezi vrstvami hexagonálního nitridu boru (BN) je zapouzdřena; vzorované do geometrie Hallovy tyče s více dráty připojenými k okrajovým kontaktům Cr/Au (chrom/zlato). Celé zkroucené dvouvrstvé grafenové zařízení „Magic Angle“ bylo vyrobeno na vrchní části grafenové vrstvy použité jako zadní brána.
Vědci používají standardní stejnosměrný proud (DC) a střídavý proud (AC) zamykací techniky k měření zařízení v čerpacích kryostatech HE4 a HE3. Tým zaznamenal vztah mezi podélným odporem zařízení (Rxx) a rozsahem rozšířeného hradlového napětí (VG) a vypočítal magnetické pole B při teplotě 1,7 K. Bylo pozorováno, že asymetrie malých elektronových děr je inherentní vlastností zařízení z krouceného dvouvrstvého grafenu „Magic Angle“. Jak bylo uvedeno v předchozích zprávách, tým zaznamenal tyto výsledky a podrobně popsal zprávy, které byly doposud supravodivé. Charakteristický „Magic Angle“ stáčí minimální torzní úhel zařízení z dvouvrstvého grafenu. Při bližším zkoumání Landauova vějířového grafu vědci získali některé pozoruhodné rysy.
Například vrchol při poloviční výplni a dvojnásobná degenerace Landauovy hladiny jsou v souladu s dříve pozorovanými izolačními stavy podobnými momentu. Tým ukázal zlom v symetrii přibližného spinového údolí SU(4) a vytvoření nového kvazičásticového Fermiho povrchu. Detaily však vyžadují podrobnější kontrolu. Byl také pozorován výskyt supravodivosti, která zvýšila Rxx (podélný odpor), podobně jako v předchozích studiích. Tým poté zkoumal kritickou teplotu (Tc) supravodivé fáze. Protože nebyla získána žádná data pro optimální dopování supravodičů v tomto vzorku, vědci předpokládali kritickou teplotu až 0,5 K. Tato zařízení se však stávají neúčinnými, dokud nejsou schopna získat jasná data ze supravodivého stavu. K dalšímu zkoumání supravodivého stavu vědci měřili čtyřsvorkové charakteristiky napětí-proud (VI) zařízení při různých hustotách nosičů.
Získaný odpor ukazuje, že superproud je pozorován ve větším rozsahu hustoty a ukazuje potlačení superproudu, když je aplikováno paralelní magnetické pole. Aby vědci získali přehled o chování pozorovaném ve studii, vypočítali strukturu Moirových pásů zařízení „Magic Angle“ zkrouceného dvouvrstvého grafenu pomocí modelu Bistritzer-MacDonald a zlepšili parametry. Ve srovnání s předchozím výpočtem úhlu „Magic Angle“ není vypočtené nízkoenergetické pásmo moaré izolováno od pásma vysoké energie. Ačkoli je úhel natočení zařízení menší než úhel „magického úhlu“ vypočítaný jinde, zařízení má fenomén, který silně souvisí s předchozími studiemi (Mortova izolace a supravodivost), které fyzici zjistili jako neočekávané a proveditelné.
Po dalším vyhodnocení chování při velkých hustotách (počet stavů dostupných na každé energii) jsou vlastnosti pozorované vědci připsány nově vznikajícím přidruženým izolačním stavům. V budoucnu bude provedena podrobnější studie hustoty stavů (DOS), aby bylo možné pochopit zvláštní stav izolace a určit, zda je lze klasifikovat jako kapaliny s kvantovým spinem. Tímto způsobem vědci pozorovali supravodivost v blízkosti izolačního stavu podobného Moxu ve zkrouceném dvouvrstvém grafenovém zařízení s malým úhlem zkroucení (0,93°). Tato studie ukazuje, že i při tak malých úhlech a vysokých hustotách je vliv elektronové korelace na vlastnosti moaré stejný. V budoucnu budou studována spinová údolí izolační fáze a nová supravodivá fáze bude studována při nižší teplotě. Experimentální výzkum bude spojen s teoretickým úsilím o pochopení původu tohoto chování.
Čas odeslání: říjen-08-2019