Mae ymddygiad streipiau Mohr a gwregysau gwastad yng ngwyddoniaeth gwyddoniaeth a ffiseg cwantwm o'r enw “Magic Angle” graphene dwy haen troellog (TBLG) wedi denu diddordeb mawr gan wyddonwyr, er bod llawer o eiddo yn wynebu dadl frwd. Mewn astudiaeth newydd a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn Science Progress, arsylwodd Emilio Colledo a gwyddonwyr yn yr Adran Ffiseg a Gwyddor Deunyddiau yn yr Unol Daleithiau a Japan uwchddargludedd a chyfatebiaeth mewn graffen deuhaenen dirdro. Mae gan gyflwr ynysydd Mott ongl dro o tua 0.93 gradd. Mae’r ongl hon 15% yn llai na’r ongl “ongl hud” (1.1°) a gyfrifwyd yn yr astudiaeth flaenorol. Mae'r astudiaeth hon yn dangos bod yr ystod “ongl hud” o graffen dwy haen troellog yn fwy na'r disgwyl.
Mae'r astudiaeth hon yn darparu cyfoeth o wybodaeth newydd ar gyfer dehongli'r ffenomenau cwantwm cryf mewn graffene dwy haen troellog ar gyfer cymwysiadau mewn ffiseg cwantwm. Mae ffisegwyr yn diffinio “Twistronics” fel yr ongl thro gymharol rhwng haenau van der Waals cyfagos i gynhyrchu bandiau moiré a gwastad mewn graphene. Mae'r cysyniad hwn wedi dod yn ddull newydd ac unigryw ar gyfer newid ac addasu eiddo dyfais yn sylweddol yn seiliedig ar ddeunyddiau dau ddimensiwn i gyflawni llif cyfredol. Amlygwyd effaith ryfeddol “Twistronics” yng ngwaith arloesol yr ymchwilwyr, gan ddangos pan fydd dwy haenen graphene un haen yn cael eu pentyrru ar ongl dro “ongl hud” o θ=1.1±0.1°, mae band gwastad iawn yn ymddangos. .
Yn yr astudiaeth hon, yn y graphene dwyhaenen dirdro (TBLG), lled-lenwi cyfnod insiwleiddio microstrip cyntaf (nodwedd strwythurol) yr uwchlattice ar yr “ongl hud”. Penderfynodd y tîm ymchwil mai ynysydd Mott yw hwn (ynysydd gydag eiddo uwchddargludo) sy'n arddangos uwch-ddargludedd ar lefelau dopio ychydig yn uwch ac yn is. Mae'r diagram cam yn dangos yr uwch-ddargludydd tymheredd uchel rhwng y tymheredd trawsnewid uwch-ddargludol (Tc) a'r tymheredd Fermi (Tf). Arweiniodd yr ymchwil hwn at ddiddordeb mawr a dadl ddamcaniaethol ar strwythur bandiau graphene, topoleg a systemau lled-ddargludyddion “Magic Angle” ychwanegol. O'i gymharu â'r adroddiad damcaniaethol gwreiddiol, mae ymchwil arbrofol yn brin ac mae newydd ddechrau. Yn yr astudiaeth hon, cynhaliodd y tîm fesuriadau trawsyrru ar y graphene dwy haen troellog “ongl hud” gan ddangos y cyflyrau inswleiddio ac uwchddargludo perthnasol.
Ongl wedi'i ystumio'n annisgwyl o 0.93 ± 0.01, sydd 15% yn llai na'r “Angle Hud” sefydledig hefyd yw'r lleiaf a adroddwyd hyd yma ac mae ganddi briodweddau uwchddargludo. Mae'r canlyniadau hyn yn dangos y gall y cyflwr cydberthynas newydd ymddangos yn y graphene deuhaenen dirdro “Angle Hud”, sy'n is na'r “ongl hud” gynradd, y tu hwnt i'r microstrip cyntaf o graphene. I adeiladu'r dyfeisiau graphene dwy haen troellog “corn hud” hyn, defnyddiodd y tîm ddull “rhwygo a stacio”. Mae'r strwythur rhwng yr haenau boron nitrid hecsagonol (BN) wedi'i amgáu; wedi'i batrymu'n geometreg rhoden Neuadd gyda gwifrau lluosog wedi'u cysylltu â chysylltiadau ymyl Cr/Au (cromiwm/aur). Cafodd y ddyfais graphene dwy haen dirdro “Angle Hud” ei gwneud ar ben yr haen graphene a ddefnyddir fel y giât gefn.
Mae gwyddonwyr yn defnyddio technegau cloi cerrynt uniongyrchol safonol (DC) a cherrynt eiledol (AC) i fesur dyfeisiau mewn cryostatau HE4 a HE3 wedi'u pwmpio. Cofnododd y tîm y berthynas rhwng ymwrthedd hydredol y ddyfais (Rxx) a'r ystod foltedd giât estynedig (VG) a chyfrifodd y maes magnetig B ar dymheredd o 1.7K. Gwelwyd bod anghymesuredd twll electron bach yn nodwedd gynhenid o ddyfais graphene deuhaenen dirdro “Angle Hud”. Fel y sylwyd mewn adroddiadau blaenorol, cofnododd y tîm y canlyniadau hyn a manylu ar yr adroddiadau sydd wedi bod yn uwch-ddargludo hyd yn hyn. Mae'r "Angle Hud" nodweddiadol yn troi ongl dirdro lleiaf y ddyfais graphene haen ddeuol. Gydag archwiliad agosach o siart cefnogwyr Landau, enillodd yr ymchwilwyr rai nodweddion nodedig.
Er enghraifft, mae'r brig ar hanner llenwi a dirywiad deublyg lefel Landau yn gyson â'r cyflyrau inswleiddio tebyg i Moment a welwyd yn flaenorol. Dangosodd y tîm doriad yng nghymesuredd bras dyffryn troellog SU(4) a ffurfiwyd arwyneb lled-gronyn Fermi newydd. Fodd bynnag, mae angen arolygiad manylach ar y manylion. Gwelwyd hefyd ymddangosiad superconductivity, a gynyddodd Rxx (ymwrthedd hydredol), yn debyg i astudiaethau blaenorol. Yna archwiliodd y tîm dymheredd critigol (Tc) y cyfnod uwchddargludo. Gan na chafwyd unrhyw ddata ar gyfer y dopio gorau posibl o uwchddargludyddion yn y sampl hwn, rhagdybiodd y gwyddonwyr dymheredd critigol o hyd at 0.5K. Fodd bynnag, mae'r dyfeisiau hyn yn dod yn aneffeithiol nes eu bod yn gallu cael data clir o'r cyflwr uwchddargludo. Er mwyn ymchwilio ymhellach i'r cyflwr uwchddargludo, mesurodd yr ymchwilwyr nodweddion foltedd-cerrynt pedwar terfynell (VI) y ddyfais ar wahanol ddwysedd cludwr.
Mae'r gwrthiant a gafwyd yn dangos bod uwch gerrynt yn cael ei arsylwi dros ystod ddwysedd fwy ac yn dangos ataliad uwch gerrynt pan fydd maes magnetig cyfochrog yn cael ei gymhwyso. I gael mewnwelediad i'r ymddygiad a arsylwyd yn yr astudiaeth, cyfrifodd yr ymchwilwyr strwythur band Moir y ddyfais graphene dwy haen troellog “Magic Angle” gan ddefnyddio model Bistritzer-MacDonald a pharamedrau gwell. O'i gymharu â chyfrifiad blaenorol yr ongl "Hud Angle", nid yw'r band Moire ynni isel wedi'i gyfrifo wedi'i ynysu o'r band ynni uchel. Er bod ongl twist y ddyfais yn llai na'r ongl "ongl hud" a gyfrifir mewn mannau eraill, mae gan y ddyfais ffenomen sy'n gysylltiedig yn gryf ag astudiaethau blaenorol (inswleiddio mort a superconductivity), y canfu ffisegwyr ei fod yn annisgwyl ac yn ymarferol.
Ar ôl gwerthuso ymhellach yr ymddygiad ar ddwysedd mawr (nifer y cyflyrau sydd ar gael ar bob egni), priodolir y nodweddion a arsylwyd gan y gwyddonwyr i'r cyflyrau inswleiddio cysylltiedig sydd newydd ddod i'r amlwg. Yn y dyfodol, cynhelir astudiaeth fanylach o ddwysedd cyflyrau (DOS) i ddeall y cyflwr insiwleiddio rhyfedd ac i benderfynu a ellir eu dosbarthu fel hylifau troelli cwantwm. Yn y modd hwn, arsylwodd gwyddonwyr uwchddargludedd ger y cyflwr insiwleiddio tebyg i Mox mewn dyfais graphene deuhaenog dirdro gydag ongl thro fach (0.93 °). Mae'r astudiaeth hon yn dangos, hyd yn oed ar onglau mor fach a dwyseddau uchel, fod effaith cydberthynas electronau ar briodweddau moiré yr un peth. Yn y dyfodol, bydd dyffrynnoedd troelli'r cyfnod inswleiddio yn cael eu hastudio, a bydd cyfnod uwchddargludo newydd yn cael ei astudio ar dymheredd is. Bydd ymchwil arbrofol yn cael ei gyfuno ag ymdrechion damcaniaethol i ddeall tarddiad yr ymddygiad hwn.
Amser postio: Hydref-08-2019