Mohr-raitojen ja litteiden vöiden käyttäytyminen tieteen ja kvanttifysiikan tieteessä, jota kutsutaan "Magic Angle" twisted kaksikerroksiseksi grafeeniksi (TBLG), on herättänyt suurta kiinnostusta tutkijoissa, vaikka monet ominaisuudet kohtaavat kiivasta keskustelua. Uudessa Science Progress -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa Emilio Colledo ja fysiikan ja materiaalitieteen laitoksen tutkijat Yhdysvalloissa ja Japanissa havaitsivat suprajohtavuuden ja analogian kierretyssä kaksikerroksisessa grafeenissa. Mott-eristetilan kiertymiskulma on noin 0,93 astetta. Tämä kulma on 15 % pienempi kuin edellisessä tutkimuksessa laskettu "maagisen kulman" kulma (1,1°). Tämä tutkimus osoittaa, että kierretyn kaksikerroksisen grafeenin "maagisen kulman" alue on suurempi kuin aiemmin odotettiin.
Tämä tutkimus tarjoaa runsaasti uutta tietoa kierretyn kaksikerroksisen grafeenin vahvojen kvanttiilmiöiden tulkitsemiseen kvanttifysiikan sovelluksiin. Fyysikot määrittelevät "Twistronicsin" suhteelliseksi kiertymiskulmaksi vierekkäisten van der Waals -kerrosten välillä, jotta grafeeniin muodostuu moiré- ja litteitä nauhoja. Tästä konseptista on tullut uusi ja ainutlaatuinen menetelmä muuttaa ja mukauttaa merkittävästi laitteen ominaisuuksia, jotka perustuvat kaksiulotteisiin materiaaleihin virtavirran saavuttamiseksi. "Twistronicsin" merkittävä vaikutus esitettiin tutkijoiden uraauurtavassa työssä, joka osoitti, että kun kaksi yksikerroksista grafeenikerrosta pinotaan "maagisen kulman" vääntökulmaan θ = 1,1 ± 0,1°, syntyy hyvin tasainen nauha. .
Tässä tutkimuksessa kierretyssä kaksikerroksisessa grafeenissa (TBLG) superhilan ensimmäisen mikroliuskan (rakenteellisen piirteen) eristävä vaihe "maagisessa kulmassa" oli puolitäytetty. Tutkimusryhmä päätti, että tämä on Mott-eriste (suprajohtavia ominaisuuksia omaava eriste), jolla on suprajohtavuus hieman korkeammalla ja alhaisemmalla dopingtasolla. Vaihekaavio esittää korkean lämpötilan suprajohteen suprajohtavan siirtymälämpötilan (Tc) ja Fermin lämpötilan (Tf) välillä. Tämä tutkimus johti suureen kiinnostukseen ja teoreettiseen keskusteluun grafeeninauharakenteesta, topologiasta ja muista "Magic Angle" -puolijohdejärjestelmistä. Alkuperäiseen teoreettiseen raporttiin verrattuna kokeellinen tutkimus on harvinaista ja se on vasta alkanut. Tässä tutkimuksessa ryhmä suoritti siirtomittauksia "maagisen kulman" kierretylle kaksikerroksiselle grafeenille, joka osoitti asiaankuuluvat eristys- ja suprajohtavat tilat.
Odottamatta vääristynyt kulma 0,93 ± 0,01, joka on 15 % pienempi kuin vahvistettu "Magic Angle", on myös pienin tähän mennessä raportoitu ja sillä on suprajohtavia ominaisuuksia. Nämä tulokset osoittavat, että uusi korrelaatiotila voi ilmaantua "Magic Angle" -kierretyssä kaksikerroksisessa grafeenissa, alhaisempi kuin ensisijainen "maaginen kulma", ensimmäisen grafeenin mikroliuskan ulkopuolella. Näiden "maaghorn" -kierrettyjen kaksikerroksisten grafeenilaitteiden rakentamiseen tiimi käytti "repi ja pino" -lähestymistapaa. Kuusikulmainen boorinitridi (BN) -kerrosten välinen rakenne on kapseloitu; kuvioitu Hall-tangon geometriaan, jossa on useita johtoja kytkettynä Cr/Au (kromi/kulta) reunakoskettimiin. Koko "Magic Angle" -kierretty kaksikerroksinen grafeenilaite valmistettiin takaporttina käytetyn grafeenikerroksen päälle.
Tutkijat käyttävät tavallisia tasavirran (DC) ja vaihtovirran (AC) lukitustekniikoita laitteiden mittaamiseen pumpatuissa HE4- ja HE3-kryostaateissa. Ryhmä kirjasi laitteen pituussuuntaisen vastuksen (Rxx) ja laajennetun hilajännitteen (VG) välisen suhteen ja laski magneettikentän B lämpötilassa 1,7 K. Pienen elektronireiän epäsymmetrian havaittiin olevan "Magic Angle" -kierretyn kaksikerroksisen grafeenilaitteen luontainen ominaisuus. Kuten aikaisemmissa raporteissa todettiin, tiimi kirjasi nämä tulokset ja yksityiskohtaisesti raportit, jotka ovat tähän mennessä olleet suprajohtavia. Ominainen "Magic Angle" kiertää kaksikerroksisen grafeenilaitteen pienimmän vääntökulman. Tarkastellessaan Landaun fanikaaviota, tutkijat saivat joitain merkittäviä piirteitä.
Esimerkiksi puolitäytön huippu ja Landau-tason kaksinkertainen rappeutuminen ovat yhdenmukaisia aiemmin havaittujen Moment-tyyppisten eristystilojen kanssa. Ryhmä osoitti murtuman likimääräisen spin laakson SU(4) symmetriassa ja uuden kvasihiukkasen Fermi-pinnan muodostumisen. Yksityiskohdat vaativat kuitenkin tarkempaa tarkastelua. Myös suprajohtavuuden ilmaantumista havaittiin, mikä lisäsi Rxx:ää (pituussuuntainen vastus), kuten aikaisemmat tutkimukset. Tämän jälkeen ryhmä tutki suprajohtavan vaiheen kriittistä lämpötilaa (Tc). Koska tässä näytteessä ei saatu tietoja suprajohteiden optimaalisesta dopingista, tutkijat olettivat kriittisen lämpötilan olevan jopa 0,5 K. Nämä laitteet tulevat kuitenkin tehottomiksi, kunnes ne pystyvät saamaan selvää tietoa suprajohtavasta tilasta. Suprajohtavan tilan tutkimiseksi edelleen tutkijat mittasivat laitteen neljän terminaalin jännite-virta-ominaisuudet (VI) eri kantoaaltotiheyksillä.
Saatu resistanssi osoittaa, että supervirta havaitaan suuremmalla tiheysalueella ja osoittaa supervirran vaimenemisen, kun rinnakkainen magneettikenttä kohdistetaan. Saadakseen käsityksen tutkimuksessa havaitusta käyttäytymisestä tutkijat laskivat "Magic Angle" -kierretyn kaksikerroksisen grafeenilaitteen Moirin nauharakenteen käyttämällä Bistritzer-MacDonald-mallia ja parannettuja parametreja. Verrattuna aiempaan "Magic Angle" -kulman laskelmaan, laskettua matalan energian Moire-kaistaa ei ole eristetty korkean energian kaistasta. Vaikka laitteen kiertymiskulma on pienempi kuin muualla laskettu "maagisen kulman" kulma, laitteessa on vahvasti aikaisempiin tutkimuksiin (Mort eristys ja suprajohtavuus) liittyvä ilmiö, jonka fyysikot totesivat odottamattomaksi ja toteuttamiskelpoiseksi.
Sen jälkeen kun on arvioitu edelleen käyttäytymistä suurilla tiheyksillä (kullakin energialla käytettävissä olevien tilojen lukumäärä), tutkijoiden havaitsemat ominaisuudet johtuvat uusista liittyvistä eristystiloista. Tulevaisuudessa tehdään yksityiskohtaisempi tutkimus tilojen tiheydestä (DOS), jotta voidaan ymmärtää eristyksen pariton tila ja määrittää, voidaanko ne luokitella kvanttipyöritysnesteiksi. Tällä tavalla tutkijat havaitsivat suprajohtavuuden lähellä Mox-tyyppistä eristystilaa kierretyssä kaksikerroksisessa grafeenilaitteessa, jossa oli pieni kiertokulma (0,93°). Tämä tutkimus osoittaa, että jopa niin pienissä kulmissa ja suurilla tiheyksillä elektronikorrelaation vaikutus moiré-ominaisuuksiin on sama. Jatkossa tutkitaan eristysvaiheen spin laaksoja ja uutta suprajohtavaa vaihetta alemmassa lämpötilassa. Kokeellinen tutkimus yhdistetään teoreettisiin pyrkimyksiin ymmärtää tämän käyttäytymisen alkuperä.
Postitusaika: 08.10.2019