ابررسانایی گرافن جذاب تر است! آخرین کشف: دامنه "زاویه جادویی" در گرافن بزرگتر از حد انتظار است

رفتار نوارهای Mohr و کمربندهای مسطح در علم علم و فیزیک کوانتومی به نام گرافن دولایه پیچ خورده "زاویه جادویی" (TBLG) توجه زیادی را از سوی دانشمندان به خود جلب کرده است، اگرچه بسیاری از خواص با بحث های داغ روبرو هستند. در مطالعه جدیدی که در مجله Science Progress منتشر شد، امیلیو کولدو و دانشمندان دپارتمان فیزیک و علم مواد در ایالات متحده و ژاپن ابررسانایی و قیاس را در گرافن دولایه پیچ خورده مشاهده کردند. حالت مقره موت دارای زاویه پیچش حدود 0.93 درجه است. این زاویه 15٪ کوچکتر از زاویه "زاویه جادویی" (1.1 درجه) محاسبه شده در مطالعه قبلی است. این مطالعه نشان می دهد که محدوده "زاویه جادویی" گرافن دولایه پیچ خورده بزرگتر از آنچه قبلاً انتظار می رفت است.

این مطالعه انبوهی از اطلاعات جدید را برای رمزگشایی پدیده‌های کوانتومی قوی در گرافن دولایه پیچ خورده برای کاربرد در فیزیک کوانتومی ارائه می‌کند. فیزیکدانان «تویسترونیک» را به عنوان زاویه پیچش نسبی بین لایه‌های واندروالس مجاور برای تولید نوارهای مویر و مسطح در گرافن تعریف می‌کنند. این مفهوم به روشی جدید و منحصر به فرد برای تغییر قابل توجه و سفارشی کردن خواص دستگاه بر اساس مواد دو بعدی برای دستیابی به جریان جریان تبدیل شده است. اثر قابل توجه "Twistronics" در کار پیشگامانه محققان نشان داده شد و نشان داد که وقتی دو لایه گرافن تک لایه در یک زاویه پیچش "زاویه جادویی" 0.1±1.1° θ = 0.1 درجه قرار می گیرند، یک نوار بسیار مسطح ظاهر می شود. .

در این مطالعه، در گرافن دولایه پیچ خورده (TBLG)، فاز عایق اولین ریزنوار (ویژگی ساختاری) ابرشبکه در "زاویه جادویی" نیمه پر شد. تیم تحقیقاتی تشخیص داد که این یک عایق موت (عایق با خواص ابررسانایی) است که در سطوح دوپینگ کمی بالاتر و پایین‌تر ابررسانایی از خود نشان می‌دهد. نمودار فاز، ابررسانای دمای بالا را بین دمای انتقال ابررسانا (Tc) و دمای فرمی (Tf) نشان می‌دهد. این تحقیق منجر به علاقه و بحث های نظری زیادی در مورد ساختار نوار گرافن، توپولوژی و سیستم های نیمه هادی "زاویه جادویی" اضافی شد. در مقایسه با گزارش نظری اصلی، تحقیقات تجربی نادر است و به تازگی آغاز شده است. در این مطالعه، تیم اندازه‌گیری‌های انتقال را بر روی گرافن دولایه پیچ خورده «زاویه جادویی» انجام داد که حالت‌های عایق و ابررسانایی مربوطه را نشان می‌داد.

زاویه تحریف شده غیرمنتظره 0.01 ± 0.93، که 15٪ کوچکتر از "زاویه جادویی" ایجاد شده است، همچنین کوچکترین زاویه گزارش شده تا به امروز است و خواص ابررسانایی را نشان می دهد. این نتایج نشان می‌دهد که حالت همبستگی جدید می‌تواند در گرافن دولایه پیچ خورده «زاویه جادویی»، پایین‌تر از «زاویه جادویی» اولیه، فراتر از اولین ریزنوار گرافن ظاهر شود. برای ساخت این دستگاه‌های گرافنی دولایه پیچ خورده «شاخ جادویی»، تیم از رویکرد «پارگی و پشته» استفاده کرد. ساختار بین لایه های نیترید بور شش ضلعی (BN) محصور شده است. به شکل هندسه میله ای هال با سیم های متعدد همراه با کنتاکت های لبه کروم/طلا (کروم/طلا) طرح ریزی شده است. کل دستگاه گرافن دولایه پیچ خورده "Magic Angle" در بالای لایه گرافن که به عنوان دروازه پشتی استفاده می شود ساخته شده است.

دانشمندان از تکنیک‌های قفل کردن جریان مستقیم استاندارد (DC) و جریان متناوب (AC) برای اندازه‌گیری دستگاه‌ها در کریستات‌های HE4 و HE3 پمپ شده استفاده می‌کنند. این تیم رابطه بین مقاومت طولی دستگاه (Rxx) و محدوده ولتاژ گیت توسعه یافته (VG) را ثبت کردند و میدان مغناطیسی B را در دمای 1.7K محاسبه کردند. مشاهده شد که عدم تقارن الکترون-حفره کوچک یکی از ویژگی های ذاتی دستگاه گرافن دولایه پیچ خورده «زاویه جادویی» است. همانطور که در گزارش‌های قبلی مشاهده شد، تیم این نتایج را ثبت کرد و گزارش‌هایی را که تاکنون ابررسانا بوده است، به تفصیل شرح داد. مشخصه "زاویه جادویی" حداقل زاویه پیچش دستگاه گرافن دولایه را می پیچد. با بررسی دقیق تر نمودار هواداران لاندو، محققان به ویژگی های قابل توجهی دست یافتند.

به عنوان مثال، اوج در نیمه پر شدن و انحطاط دو برابری سطح لاندو با حالت های عایق لحظه مانند مشاهده شده قبلی سازگار است. این تیم یک شکست در تقارن تقریبی دره اسپین SU(4) و تشکیل یک سطح فرمی شبه ذره جدید را نشان داد. با این حال، جزئیات نیاز به بررسی دقیق تری دارند. ظاهر ابررسانایی نیز مشاهده شد که Rxx (مقاومت طولی) را مشابه مطالعات قبلی افزایش داد. تیم سپس دمای بحرانی (Tc) فاز ابررسانا را بررسی کرد. از آنجایی که هیچ داده ای برای دوپینگ بهینه ابررساناها در این نمونه به دست نیامد، دانشمندان دمای بحرانی را تا 0.5K فرض کردند. با این حال، این دستگاه‌ها تا زمانی که نتوانند داده‌های واضحی را از حالت ابررسانا به دست آورند، بی‌اثر می‌شوند. برای بررسی بیشتر حالت ابررسانا، محققان ویژگی‌های چهار ترمینال ولتاژ-جریان (VI) دستگاه را در چگالی حامل‌های مختلف اندازه‌گیری کردند.

مقاومت به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که جریان فوق‌العاده در محدوده چگالی بزرگ‌تری مشاهده می‌شود و سرکوب جریان فوق‌العاده را هنگام اعمال میدان مغناطیسی موازی نشان می‌دهد. برای به دست آوردن بینشی در مورد رفتار مشاهده شده در این مطالعه، محققان ساختار نوار مویر دستگاه گرافن دولایه پیچ خورده "Magic Angle" را با استفاده از مدل Bistritzer-MacDonald و پارامترهای بهبود یافته را محاسبه کردند. در مقایسه با محاسبه قبلی زاویه "جادوی جادویی"، باند Moire کم انرژی محاسبه شده از باند انرژی بالا جدا نیست. اگرچه زاویه چرخش دستگاه کوچکتر از زاویه "زاویه جادویی" محاسبه شده در جاهای دیگر است، این دستگاه دارای پدیده ای است که به شدت با مطالعات قبلی مرتبط است (عایق مورت و ابررسانایی)، که فیزیکدانان آن را غیرمنتظره و امکان پذیر دانستند.

پس از ارزیابی بیشتر رفتار در چگالی‌های بزرگ (تعداد حالت‌های موجود در هر انرژی)، ویژگی‌های مشاهده‌شده توسط دانشمندان به حالت‌های عایق مرتبط جدید نسبت داده می‌شود. در آینده، یک مطالعه دقیق تر از چگالی حالت ها (DOS) برای درک وضعیت عجیب عایق و تعیین اینکه آیا می توان آنها را به عنوان مایعات اسپین کوانتومی طبقه بندی کرد، انجام خواهد شد. به این ترتیب، دانشمندان ابررسانایی را در نزدیکی حالت عایق Mox مانند در یک دستگاه گرافنی دولایه پیچ خورده با زاویه پیچش کوچک (0.93 درجه) مشاهده کردند. این مطالعه نشان می‌دهد که حتی در چنین زوایای کوچک و چگالی‌های بالا، تأثیر همبستگی الکترون بر ویژگی‌های موآره یکسان است. در آینده دره های اسپین فاز عایق مورد مطالعه قرار می گیرد و فاز ابررسانای جدیدی در دمای پایین تر مورد مطالعه قرار می گیرد. تحقیقات تجربی با تلاش های نظری برای درک منشاء این رفتار ترکیب خواهد شد.