ग्राफीन अतिचालकता अधिक आकर्षक है! नवीनतम खोज: ग्राफीन में "जादुई कोण" की सीमा अपेक्षा से अधिक बड़ी है

विज्ञान और क्वांटम भौतिकी में मोहर धारियों और फ्लैट बेल्ट के व्यवहार को "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन (टीबीएलजी) कहा जाता है, जिसने वैज्ञानिकों की बहुत रुचि को आकर्षित किया है, हालांकि कई गुणों को गरमागरम बहस का सामना करना पड़ता है। जर्नल साइंस प्रोग्रेस में प्रकाशित एक नए अध्ययन में, एमिलियो कोलेडो और संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान में भौतिकी और सामग्री विज्ञान विभाग के वैज्ञानिकों ने मुड़ बाइलेयर ग्राफीन में सुपरकंडक्टिविटी और सादृश्य देखा। मॉट इंसुलेटर स्थिति में लगभग 0.93 डिग्री का मोड़ कोण होता है। यह कोण पिछले अध्ययन में गणना किए गए "जादुई कोण" कोण (1.1°) से 15% छोटा है। इस अध्ययन से पता चलता है कि मुड़े हुए बाइलेयर ग्राफीन की "जादुई कोण" सीमा पहले की अपेक्षा बड़ी है।

यह अध्ययन क्वांटम भौतिकी में अनुप्रयोगों के लिए ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन में मजबूत क्वांटम घटना को समझने के लिए नई जानकारी प्रदान करता है। भौतिक विज्ञानी "ट्विस्ट्रोनिक्स" को ग्राफीन में मोइरे और फ्लैट बैंड का उत्पादन करने के लिए आसन्न वैन डेर वाल्स परतों के बीच सापेक्ष मोड़ कोण के रूप में परिभाषित करते हैं। यह अवधारणा वर्तमान प्रवाह को प्राप्त करने के लिए द्वि-आयामी सामग्रियों के आधार पर डिवाइस गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदलने और अनुकूलित करने की एक नई और अनूठी विधि बन गई है। "ट्विस्ट्रोनिक्स" के उल्लेखनीय प्रभाव को शोधकर्ताओं के अग्रणी काम में उदाहरण दिया गया था, जिसमें दिखाया गया था कि जब दो एकल-परत ग्राफीन परतें θ=1.1±0.1° के "जादुई कोण" मोड़ कोण पर खड़ी होती हैं, तो एक बहुत ही सपाट बैंड दिखाई देता है। .

इस अध्ययन में, ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन (टीबीएलजी) में, "मैजिक एंगल" पर सुपरलैटिस के पहले माइक्रोस्ट्रिप (संरचनात्मक फीचर) का इंसुलेटिंग चरण अर्ध-भरा हुआ था। अनुसंधान टीम ने निर्धारित किया कि यह एक मॉट इंसुलेटर (सुपरकंडक्टिंग गुणों वाला एक इंसुलेटर) है जो थोड़े उच्च और निम्न डोपिंग स्तरों पर सुपरकंडक्टिविटी प्रदर्शित करता है। चरण आरेख सुपरकंडक्टिंग संक्रमण तापमान (टीसी) और फर्मी तापमान (टीएफ) के बीच उच्च तापमान सुपरकंडक्टर को दर्शाता है। इस शोध से ग्राफीन बैंड संरचना, टोपोलॉजी और अतिरिक्त "मैजिक एंगल" सेमीकंडक्टर सिस्टम पर बहुत रुचि और सैद्धांतिक बहस हुई। मूल सैद्धांतिक रिपोर्ट की तुलना में, प्रायोगिक अनुसंधान दुर्लभ है और अभी शुरू हुआ है। इस अध्ययन में, टीम ने प्रासंगिक इन्सुलेटिंग और सुपरकंडक्टिंग स्थितियों को दिखाते हुए "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन पर ट्रांसमिशन माप आयोजित किया।

0.93 ± 0.01 का अप्रत्याशित रूप से विकृत कोण, जो स्थापित "मैजिक एंगल" से 15% छोटा है, आज तक रिपोर्ट किया गया सबसे छोटा कोण है और सुपरकंडक्टिंग गुणों को प्रदर्शित करता है। इन परिणामों से संकेत मिलता है कि नई सहसंबंध स्थिति ग्राफीन के पहले माइक्रोस्ट्रिप से परे, प्राथमिक "मैजिक एंगल" से कम, "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन में दिखाई दे सकती है। इन "मैजिक हॉर्न" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन उपकरणों को बनाने के लिए, टीम ने "टियर एंड स्टैक" दृष्टिकोण का उपयोग किया। हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (बीएन) परतों के बीच की संरचना संपुटित है; सीआर/एयू (क्रोमियम/सोना) किनारे संपर्कों से जुड़े कई तारों के साथ एक हॉल रॉड ज्यामिति में पैटर्न किया गया। संपूर्ण "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन डिवाइस को बैक गेट के रूप में उपयोग की जाने वाली ग्राफीन परत के शीर्ष पर निर्मित किया गया था।

वैज्ञानिक पंप किए गए HE4 और HE3 क्रायोस्टैट में उपकरणों को मापने के लिए मानक प्रत्यक्ष धारा (DC) और प्रत्यावर्ती धारा (AC) लॉकिंग तकनीकों का उपयोग करते हैं। टीम ने डिवाइस के अनुदैर्ध्य प्रतिरोध (आरएक्सएक्स) और विस्तारित गेट वोल्टेज (वीजी) रेंज के बीच संबंध दर्ज किया और 1.7K के तापमान पर चुंबकीय क्षेत्र बी की गणना की। छोटे इलेक्ट्रॉन-छेद विषमता को "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन डिवाइस की अंतर्निहित संपत्ति के रूप में देखा गया। जैसा कि पिछली रिपोर्टों में देखा गया था, टीम ने इन परिणामों को रिकॉर्ड किया और उन रिपोर्टों का विवरण दिया जो अब तक सुपरकंडक्टिंग रही हैं। विशेषता "मैजिक एंगल" बाइलेयर ग्राफीन डिवाइस के न्यूनतम मरोड़ कोण को मोड़ देती है। लैंडौ फैन चार्ट की बारीकी से जांच करने पर, शोधकर्ताओं को कुछ उल्लेखनीय विशेषताएं प्राप्त हुईं।

उदाहरण के लिए, आधे भरण पर शिखर और लैंडौ स्तर की दो गुना अध: पतन पहले देखी गई क्षण-जैसी इन्सुलेशन स्थितियों के अनुरूप हैं। टीम ने अनुमानित स्पिन घाटी एसयू (4) की समरूपता में एक ब्रेक और एक नई अर्ध-कण फर्मी सतह का निर्माण दिखाया। हालाँकि, विवरण के लिए अधिक विस्तृत निरीक्षण की आवश्यकता है। अतिचालकता की उपस्थिति भी देखी गई, जिसने पिछले अध्ययनों के समान, आरएक्सएक्स (अनुदैर्ध्य प्रतिरोध) में वृद्धि की। इसके बाद टीम ने सुपरकंडक्टिंग चरण के महत्वपूर्ण तापमान (टीसी) की जांच की। चूँकि इस नमूने में सुपरकंडक्टर्स के इष्टतम डोपिंग के लिए कोई डेटा प्राप्त नहीं किया गया था, वैज्ञानिकों ने 0.5K तक का महत्वपूर्ण तापमान माना। हालाँकि, ये उपकरण तब तक अप्रभावी हो जाते हैं जब तक वे सुपरकंडक्टिंग स्थिति से स्पष्ट डेटा प्राप्त करने में सक्षम नहीं हो जाते। सुपरकंडक्टिंग स्थिति की और जांच करने के लिए, शोधकर्ताओं ने विभिन्न वाहक घनत्वों पर डिवाइस की चार-टर्मिनल वोल्टेज-वर्तमान (VI) विशेषताओं को मापा।

प्राप्त प्रतिरोध से पता चलता है कि सुपर करंट एक बड़ी घनत्व सीमा पर देखा जाता है और समानांतर चुंबकीय क्षेत्र लागू होने पर सुपर करंट का दमन दिखाता है। अध्ययन में देखे गए व्यवहार के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने बिस्ट्रिट्जर-मैकडोनाल्ड मॉडल और बेहतर मापदंडों का उपयोग करके "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन डिवाइस की मोइर बैंड संरचना की गणना की। "मैजिक एंगल" कोण की पिछली गणना की तुलना में, परिकलित निम्न ऊर्जा मोइर बैंड उच्च ऊर्जा बैंड से अलग नहीं है। हालाँकि डिवाइस का ट्विस्ट कोण अन्यत्र गणना किए गए "मैजिक एंगल" कोण से छोटा है, लेकिन डिवाइस में एक ऐसी घटना है जो पिछले अध्ययनों (मोर्ट इंसुलेशन और सुपरकंडक्टिविटी) से दृढ़ता से संबंधित है, जिसे भौतिकविदों ने अप्रत्याशित और व्यवहार्य पाया है।

बड़े घनत्व (प्रत्येक ऊर्जा पर उपलब्ध राज्यों की संख्या) पर व्यवहार का आगे मूल्यांकन करने के बाद, वैज्ञानिकों द्वारा देखी गई विशेषताओं को नए उभरते संबंधित इन्सुलेशन राज्यों के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है। भविष्य में, इन्सुलेशन की विषम स्थिति को समझने और यह निर्धारित करने के लिए कि क्या उन्हें क्वांटम स्पिन तरल पदार्थ के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, राज्यों के घनत्व (डीओएस) का अधिक विस्तृत अध्ययन किया जाएगा। इस तरह, वैज्ञानिकों ने एक छोटे ट्विस्ट कोण (0.93°) के साथ एक ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन डिवाइस में मोक्स जैसी इंसुलेटिंग अवस्था के पास सुपरकंडक्टिविटी देखी। इस अध्ययन से पता चलता है कि इतने छोटे कोणों और उच्च घनत्व पर भी, मोइरे के गुणों पर इलेक्ट्रॉन सहसंबंध का प्रभाव समान होता है। भविष्य में, इंसुलेटिंग चरण की स्पिन घाटियों का अध्ययन किया जाएगा, और कम तापमान पर एक नए सुपरकंडक्टिंग चरण का अध्ययन किया जाएगा। इस व्यवहार की उत्पत्ति को समझने के लिए प्रायोगिक अनुसंधान को सैद्धांतिक प्रयासों के साथ जोड़ा जाएगा।