Opførselen af Mohr-striber og flade bælter i videnskaben om videnskab og kvantefysik kaldet "Magic Angle" snoet dobbeltlagsgrafen (TBLG) har tiltrukket stor interesse fra videnskabsmænd, selvom mange egenskaber står over for heftig debat. I en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Science Progress observerede Emilio Colledo og forskere fra Institut for Fysik og Materialevidenskab i USA og Japan superledning og analogi i snoet dobbeltlagsgrafen. Mott-isolatortilstanden har en snoningsvinkel på omkring 0,93 grader. Denne vinkel er 15 % mindre end den "magiske vinkel" vinkel (1,1°) beregnet i den tidligere undersøgelse. Denne undersøgelse viser, at det "magiske vinkel"-område for snoet dobbeltlagsgrafen er større end tidligere forventet.
Denne undersøgelse giver et væld af ny information til at dechifrere de stærke kvantefænomener i snoet dobbeltlagsgrafen til anvendelser inden for kvantefysik. Fysikere definerer "Twistronics" som den relative snoningsvinkel mellem tilstødende van der Waals-lag for at producere moiré- og flade bånd i grafen. Dette koncept er blevet en ny og unik metode til væsentligt at ændre og tilpasse enhedsegenskaber baseret på todimensionelle materialer for at opnå strømflow. Den bemærkelsesværdige effekt af "Twistronics" blev eksemplificeret i forskernes banebrydende arbejde, og demonstrerede, at når to enkeltlags grafenlag stables i en "magisk vinkel" snoningsvinkel på θ=1,1±0,1°, fremkommer et meget fladt bånd. .
I denne undersøgelse, i snoet dobbeltlagsgrafen (TBLG), var den isolerende fase af den første mikrostrip (strukturelle egenskab) af supergitteret ved den "magiske vinkel" halvfyldt. Forskerholdet fastslog, at der er tale om en Mott-isolator (en isolator med superledende egenskaber), der udviser superledning ved lidt højere og lavere dopingniveauer. Fasediagrammet viser højtemperatursuperlederen mellem den superledende overgangstemperatur (Tc) og Fermi-temperaturen (Tf). Denne forskning førte til stor interesse og teoretisk debat om grafenbåndstruktur, topologi og yderligere "Magic Angle" halvledersystemer. Sammenlignet med den originale teoretiske rapport er eksperimentel forskning sjælden og er lige begyndt. I denne undersøgelse udførte holdet transmissionsmålinger på den "magiske vinkel" snoet dobbeltlagsgrafen, der viser de relevante isolerende og superledende tilstande.
En uventet forvrænget vinkel på 0,93 ± 0,01, hvilket er 15% mindre end den etablerede "Magic Angle", er også den mindste rapporterede til dato og udviser superledende egenskaber. Disse resultater indikerer, at den nye korrelationstilstand kan forekomme i "Magic Angle" snoet dobbeltlagsgrafen, lavere end den primære "magiske vinkel", ud over den første mikrostrimmel af grafen. For at bygge disse "magiske horn" snoede tolags grafenenheder brugte holdet en "riv og stak" tilgang. Strukturen mellem de hexagonale bornitrid (BN) lag er indkapslet; mønstret i en Hall-stanggeometri med flere ledninger koblet til Cr/Au (krom/guld) kantkontakter. Hele "Magic Angle" snoet tolags grafenenhed blev fremstillet oven på grafenlaget, der blev brugt som bagport.
Forskere bruger standard jævnstrøm (DC) og vekselstrøm (AC) låseteknikker til at måle enheder i pumpede HE4 og HE3 kryostater. Holdet registrerede forholdet mellem enhedens langsgående modstand (Rxx) og det udvidede gatespændingsområde (VG) og beregnede magnetfeltet B ved en temperatur på 1,7K. Lille elektron-hul asymmetri blev observeret at være en iboende egenskab af "Magic Angle" snoet dobbeltlags grafen-enhed. Som observeret i tidligere rapporter, registrerede holdet disse resultater og detaljerede de rapporter, der hidtil har været superledende. Den karakteristiske "Magic Angle" vrider den mindste torsionsvinkel på tolags grafenenheden. Med en nærmere undersøgelse af Landau-fandiagrammet fik forskerne nogle bemærkelsesværdige træk.
For eksempel er toppen ved halvfyldning og den dobbelte degeneration af Landau-niveauet i overensstemmelse med de tidligere observerede Moment-lignende isoleringstilstande. Holdet viste et brud i symmetrien af den omtrentlige spindal SU(4) og dannelsen af en ny kvasipartikel Fermi-overflade. Detaljerne kræver dog en mere detaljeret inspektion. Forekomsten af superledningsevne blev også observeret, hvilket øgede Rxx (langsgående modstand), svarende til tidligere undersøgelser. Holdet undersøgte derefter den kritiske temperatur (Tc) af den superledende fase. Da der ikke blev opnået data for optimal doping af superledere i denne prøve, antog forskerne en kritisk temperatur på op til 0,5K. Disse enheder bliver imidlertid ineffektive, indtil de er i stand til at opnå klare data fra den superledende tilstand. For yderligere at undersøge den superledende tilstand målte forskerne enhedens fire-terminal spændingsstrøm (VI) karakteristika ved forskellige bærertætheder.
Den opnåede modstand viser, at superstrøm observeres over et større tæthedsområde og viser undertrykkelse af superstrøm, når et parallelt magnetfelt påføres. For at opnå indsigt i den adfærd, der blev observeret i undersøgelsen, beregnede forskerne Moir-båndstrukturen af "Magic Angle"-snoede dobbeltlagsgrafenenheden ved hjælp af Bistritzer-MacDonald-modellen og forbedrede parametre. Sammenlignet med den tidligere beregning af "Magic Angle"-vinklen er det beregnede lavenergi-moirébånd ikke isoleret fra højenergibåndet. Selvom enhedens snoningsvinkel er mindre end den "magiske vinkel"-vinkel, der er beregnet andre steder, har enheden et fænomen, der er stærkt relateret til tidligere undersøgelser (Mort-isolering og superledning), som fysikere fandt var uventet og gennemførligt.
Efter yderligere evaluering af adfærden ved store tætheder (antallet af tilgængelige tilstande for hver energi), tilskrives de egenskaber, som forskerne observerer, de nyligt opståede associerede isoleringstilstande. I fremtiden vil en mere detaljeret undersøgelse af densitet af tilstande (DOS) blive udført for at forstå den ulige tilstand af isolering og for at afgøre, om de kan klassificeres som kvantespinvæsker. På denne måde observerede videnskabsmænd superledning nær den Mox-lignende isolerende tilstand i en snoet tolags grafenenhed med en lille snoningsvinkel (0,93°). Denne undersøgelse viser, at selv ved så små vinkler og høje tætheder er effekten af elektronkorrelation på egenskaberne af moiré den samme. I fremtiden vil isoleringsfasens spindale blive undersøgt, og en ny superledende fase vil blive undersøgt ved en lavere temperatur. Eksperimentel forskning vil blive kombineret med teoretiske bestræbelser på at forstå oprindelsen af denne adfærd.
Indlægstid: Okt-08-2019