Ponašanje Mohrovih pruga i ravnih pojaseva u znanosti o znanosti i kvantnoj fizici pod nazivom "Magic Angle" twisted dvoslojni grafen (TBLG) privuklo je veliko zanimanje znanstvenika, iako su mnoga svojstva suočena s žestokom raspravom. U novoj studiji objavljenoj u časopisu Science Progress, Emilio Colledo i znanstvenici s Odjela za fiziku i znanost o materijalima u Sjedinjenim Državama i Japanu promatrali su supravodljivost i analogiju u upletenom dvoslojnom grafenu. Stanje Mottovog izolatora ima kut uvijanja od oko 0,93 stupnja. Ovaj kut je 15% manji od kuta "čarobnog kuta" (1,1°) izračunatog u prethodnoj studiji. Ova studija pokazuje da je raspon "čarobnog kuta" upletenog dvoslojnog grafena veći nego što se ranije očekivalo.
Ova studija pruža mnoštvo novih informacija za dešifriranje snažnih kvantnih fenomena u upletenom dvoslojnom grafenu za primjene u kvantnoj fizici. Fizičari definiraju "Twistronics" kao relativni kut uvijanja između susjednih van der Waalsovih slojeva za proizvodnju moiréa i ravnih traka u grafenu. Ovaj koncept je postao nova i jedinstvena metoda za značajnu promjenu i prilagodbu svojstava uređaja na temelju dvodimenzionalnih materijala za postizanje protoka struje. Izvanredan učinak "Twistronicsa" prikazan je u pionirskom radu istraživača, pokazujući da kada su dva jednoslojna sloja grafena naslagana pod "čarobnim kutom" kut uvijanja od θ=1,1±0,1°, pojavljuje se vrlo ravna traka. .
U ovoj studiji, u upletenom dvoslojnom grafenu (TBLG), izolacijska faza prve mikrotrake (strukturna značajka) superrešetke pod "čarobnim kutom" bila je poluispunjena. Istraživački tim utvrdio je da se radi o Mott izolatoru (izolatoru sa svojstvima supravodljivosti) koji pokazuje supravodljivost pri nešto višim i nižim razinama dopinga. Fazni dijagram prikazuje visokotemperaturni supravodič između temperature prijelaza u supravodljivo stanje (Tc) i Fermijeve temperature (Tf). Ovo istraživanje dovelo je do velikog interesa i teorijske rasprave o strukturi grafenske trake, topologiji i dodatnim poluvodičkim sustavima "Magic Angle". U usporedbi s izvornim teorijskim izvješćem, eksperimentalno istraživanje je rijetko i tek je počelo. U ovoj studiji, tim je proveo mjerenja prijenosa na dvoslojnom grafenu s "magičnim kutom" pokazujući relevantna izolacijska i supravodljiva stanja.
Neočekivano iskrivljeni kut od 0,93 ± 0,01, što je 15% manje od utvrđenog "Magic Angle", također je najmanji do sada prijavljen i pokazuje svojstva supravodljivosti. Ovi rezultati pokazuju da se novo korelacijsko stanje može pojaviti u upletenom dvoslojnom grafenu "Magic Angle", niže od primarnog "magic angle", iza prve mikrotrake grafena. Za izradu ovih upletenih dvoslojnih grafenskih uređaja s "čarobnim rogovima", tim je koristio pristup "kidaj i slagaj". Struktura između heksagonalnih slojeva bor nitrida (BN) je inkapsulirana; oblikovan u geometriju Hall šipke s višestrukim žicama spojenim na Cr/Au (krom/zlato) rubne kontakte. Cijeli "Magic Angle" upleteni dvoslojni grafenski uređaj proizveden je na vrhu sloja grafena koji se koristio kao stražnja vrata.
Znanstvenici koriste standardne tehnike zaključavanja istosmjerne (DC) i izmjenične (AC) struje za mjerenje uređaja u kriostatima HE4 i HE3 s pumpom. Tim je zabilježio odnos između uzdužnog otpora uređaja (Rxx) i proširenog raspona napona vrata (VG) i izračunao magnetsko polje B na temperaturi od 1,7 K. Uočeno je da je mala asimetrija elektron-rupa inherentno svojstvo upletenog dvoslojnog grafenskog uređaja "Magic Angle". Kao što je navedeno u prethodnim izvješćima, tim je zabilježio ove rezultate i detaljno opisao izvješća koja su do sada bila supravodljiva. Karakteristični "Magic Angle" uvija minimalni torzijski kut dvoslojnog grafenskog uređaja. Pomnijim ispitivanjem Landauove lepezaste karte istraživači su dobili neke značajne značajke.
Na primjer, vrh pri pola punjenja i dvostruka degeneracija Landauove razine su u skladu s prethodno promatranim izolacijskim stanjima sličnim momentu. Tim je pokazao prekid u simetriji približne spinske doline SU(4) i formiranje nove kvazičestične Fermijeve površine. Međutim, detalji zahtijevaju detaljniji pregled. Uočena je i pojava supravodljivosti, što je povećalo Rxx (uzdužni otpor), slično prethodnim studijama. Tim je zatim ispitao kritičnu temperaturu (Tc) supravodljive faze. Budući da nisu dobiveni podaci za optimalno dopiranje supravodiča u ovom uzorku, znanstvenici su pretpostavili kritičnu temperaturu do 0,5K. Međutim, ti uređaji postaju neučinkoviti dok ne budu u stanju dobiti jasne podatke iz supravodljivog stanja. Kako bi dodatno istražili stanje supravodljivosti, istraživači su izmjerili karakteristike četiri priključka napona i struje (VI) uređaja pri različitim gustoćama nositelja.
Dobiveni otpor pokazuje da se super struja opaža u većem rasponu gustoće i pokazuje potiskivanje super struje kada se primijeni paralelno magnetsko polje. Kako bi dobili uvid u ponašanje opaženo u studiji, istraživači su izračunali strukturu Moir vrpce upletenog dvoslojnog grafenskog uređaja "Magic Angle" koristeći Bistritzer-MacDonaldov model i poboljšane parametre. U usporedbi s prethodnim izračunom kuta "Magic Angle", izračunata Moire traka niske energije nije izolirana od trake visoke energije. Iako je kut uvijanja uređaja manji od kuta "čarobnog kuta" izračunatog drugdje, uređaj ima fenomen koji je usko povezan s prethodnim studijama (Mortova izolacija i supravodljivost), za koje su fizičari otkrili da su neočekivani i izvedivi.
Nakon daljnje procjene ponašanja pri velikim gustoćama (broj dostupnih stanja za svaku energiju), karakteristike koje su znanstvenici uočili pripisuju se novonastalim povezanim stanjima izolacije. U budućnosti će se provesti detaljnija studija gustoće stanja (DOS) kako bi se razumjelo neparno stanje izolacije i kako bi se utvrdilo mogu li se klasificirati kao kvantne spinske tekućine. Na taj su način znanstvenici promatrali supravodljivost u blizini izolacijskog stanja sličnog Moxu u upletenom dvoslojnom grafenskom uređaju s malim kutom uvijanja (0,93°). Ova studija pokazuje da je čak i pri tako malim kutovima i velikim gustoćama učinak korelacije elektrona na svojstva moiréa isti. U budućnosti će se proučavati spinske doline izolacijske faze, a nova supravodljiva faza će se proučavati na nižoj temperaturi. Eksperimentalno istraživanje kombinirat će se s teorijskim naporima da se shvati podrijetlo ovog ponašanja.
Vrijeme objave: 8. listopada 2019