A Mohr-csíkok és a lapos övek viselkedése a tudomány és a kvantumfizika tudományában, az úgynevezett „varázsszög” csavart kétrétegű grafén (TBLG) nagy érdeklődést váltott ki a tudósok körében, bár számos tulajdonság heves viták tárgyát képezi. A Science Progress folyóiratban megjelent új tanulmányban Emilio Colledo és az Egyesült Államok és Japán Fizikai és Anyagtudományi Tanszékének tudósai szupravezetést és analógiát figyeltek meg a csavart kétrétegű grafénben. A Mott szigetelő állapotának csavarodási szöge körülbelül 0,93 fok. Ez a szög 15%-kal kisebb, mint az előző tanulmányban számított „varázsszög” szög (1,1°). Ez a tanulmány azt mutatja, hogy a csavart kétrétegű grafén „varázsszög” tartománya nagyobb a korábban vártnál.
Ez a tanulmány rengeteg új információt nyújt a csavart kétrétegű grafén erős kvantumjelenségeinek megfejtéséhez a kvantumfizikai alkalmazásokhoz. A fizikusok a „Twistronics”-t a szomszédos van der Waals-rétegek közötti relatív csavarodási szögként határozzák meg, hogy a grafénben moaré és lapos sávok keletkezzenek. Ez a koncepció új és egyedülálló módszerré vált az eszközök tulajdonságainak jelentős megváltoztatására és testreszabására kétdimenziós anyagok alapján az áramáramlás elérése érdekében. A „Twistronics” figyelemre méltó hatását a kutatók úttörő munkája szemlélteti, bemutatva, hogy ha két egyrétegű grafénréteget θ=1,1±0,1°-os „varázsszögű” csavarodási szögben egymásra helyeznek, egy nagyon lapos sáv jelenik meg. .
Ebben a vizsgálatban a csavart kétrétegű grafénben (TBLG) a szuperrács első mikrocsíkjának (strukturális jellemzőjének) szigetelő fázisa a „varázsszögben” félig kitöltve volt. A kutatócsoport megállapította, hogy ez egy Mott szigetelő (szupravezető tulajdonságokkal rendelkező szigetelő), amely valamivel magasabb és alacsonyabb adalékolási szinteken mutat szupravezető képességet. A fázisdiagram a szupravezető átmeneti hőmérséklet (Tc) és a Fermi-hőmérséklet (Tf) közötti magas hőmérsékletű szupravezetőt mutatja. Ez a kutatás nagy érdeklődést és elméleti vitát váltott ki a grafénsáv szerkezetéről, a topológiáról és a további „Magic Angle” félvezetőrendszerekről. Az eredeti elméleti jelentéshez képest a kísérleti kutatás ritka, és csak most kezdődött. Ebben a tanulmányban a csapat transzmissziós méréseket végzett a „varázsszög” csavart kétrétegű grafénen, amely megmutatta a vonatkozó szigetelő és szupravezető állapotokat.
A váratlanul torzított 0,93 ± 0,01 szög, amely 15%-kal kisebb, mint a megállapított „varázsszög”, szintén az eddigi legkisebb jelentett érték, és szupravezető tulajdonságokat mutat. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az új korrelációs állapot megjelenhet a „Magic Angle” csavart kétrétegű grafénben, amely alacsonyabb, mint az elsődleges „varázsszög”, az első grafén mikrocsíkon túl. E „varázskürt” csavart kétrétegű grafén eszközök megépítéséhez a csapat „tépés és halmozás” megközelítést alkalmazott. A hatszögletű bór-nitrid (BN) rétegek közötti szerkezet kapszulázott; Hall rúdgeometriára mintázva több vezetékkel, amelyek Cr/Au (króm/arany) élérintkezőkkel vannak összekapcsolva. A teljes „Magic Angle” csavart kétrétegű graféneszközt a hátsó kapuként használt grafénréteg tetejére gyártották.
A tudósok szabványos egyenáramú (DC) és váltóáramú (AC) zárolási technikákat alkalmaznak a szivattyúzott HE4 és HE3 kriosztátokban lévő eszközök mérésére. A csapat rögzítette a kapcsolatot az eszköz hosszirányú ellenállása (Rxx) és a kiterjesztett kapufeszültség (VG) tartománya között, és kiszámította a B mágneses teret 1,7 K hőmérsékleten. Megfigyelték, hogy a kis elektron-lyuk aszimmetria a „Magic Angle” csavart kétrétegű grafén eszköz velejárója. A korábbi jelentések szerint a csapat rögzítette ezeket az eredményeket, és részletezte az eddig szupravezető jelentéseket. A jellegzetes „Magic Angle” elforgatja a kétrétegű grafén eszköz minimális torziós szögét. A Landau legyeződiagram alaposabb vizsgálatával a kutatók figyelemreméltó jellemzőkre tettek szert.
Például a féltöltési csúcs és a Landau-szint kétszeres degenerációja összhangban van a korábban megfigyelt Moment-szerű szigetelési állapotokkal. A csapat a hozzávetőleges SU(4) spin-völgy szimmetriájának megtörését és egy új, kvázi-részecske Fermi-felület kialakulását mutatta ki. A részletek azonban részletesebb vizsgálatot igényelnek. Megfigyelték a szupravezetés megjelenését is, ami a korábbi vizsgálatokhoz hasonlóan növelte az Rxx-et (longitudinális ellenállás). A csapat ezután megvizsgálta a szupravezető fázis kritikus hőmérsékletét (Tc). Mivel ebben a mintában nem álltak rendelkezésre adatok a szupravezetők optimális adalékolására vonatkozóan, a tudósok legfeljebb 0,5 K kritikus hőmérsékletet feltételeztek. Ezek az eszközök azonban mindaddig hatástalanná válnak, amíg nem képesek egyértelmű adatokat nyerni a szupravezető állapotból. A szupravezető állapot további vizsgálata érdekében a kutatók különböző vivősűrűségek mellett megmérték az eszköz négy terminális feszültség-áram (VI) karakterisztikáját.
A kapott ellenállás azt mutatja, hogy a szuperáram nagyobb sűrűségtartományban figyelhető meg, és a szuperáram elnyomását mutatja párhuzamos mágneses tér alkalmazásakor. Annak érdekében, hogy betekintést nyerjenek a vizsgálat során megfigyelt viselkedésbe, a kutatók a Bistritzer-MacDonald modell és javított paraméterek segítségével kiszámították a „Magic Angle” csavart kétrétegű graféneszköz Moir-sávszerkezetét. A „Magic Angle” szög korábbi számításaihoz képest a számított alacsony energiájú Moire sáv nincs elkülönítve a nagy energiájú sávtól. Bár az eszköz elfordulási szöge kisebb, mint a máshol számolt „varázsszög” szög, a készülékben van egy olyan jelenség, amely szorosan összefügg a korábbi tanulmányokkal (Hortszigetelés és szupravezetés), amit a fizikusok váratlannak és megvalósíthatónak találtak.
A nagy sűrűségű viselkedés (az egyes energiákon elérhető állapotok száma) további értékelése után a tudósok által megfigyelt jellemzőket az újonnan kialakuló kapcsolódó szigetelési állapotoknak tulajdonítják. A jövőben az állapotsűrűség (DOS) részletesebb tanulmányozására kerül sor, hogy megértsék a szigetelés páratlan állapotát, és meghatározzák, besorolhatók-e a kvantum-spin folyadékok közé. Ily módon a tudósok szupravezetést figyeltek meg a Mox-szerű szigetelő állapot közelében egy csavart kétrétegű graféneszközben, kis csavarási szöggel (0,93°). Ez a tanulmány azt mutatja, hogy még ilyen kis szögek és nagy sűrűségek mellett is azonos az elektronkorreláció hatása a moaré tulajdonságaira. A jövőben a szigetelő fázis spin völgyeit vizsgálják, és egy új szupravezető fázist vizsgálnak alacsonyabb hőmérsékleten. A kísérleti kutatást elméleti erőfeszítésekkel kombinálják e viselkedés eredetének megértésére.
Feladás időpontja: 2019.10.08