Գրաֆենի գերհաղորդունակությունն ավելի գրավիչ է: Վերջին բացահայտումը. գրաֆենի «կախարդական անկյան» տիրույթը սպասվածից ավելի մեծ է

Գիտության և քվանտային ֆիզիկայի գիտության մեջ Mohr շերտերի և հարթ գոտիների վարքագիծը, որը կոչվում է «Magic Angle» ոլորված երկշերտ գրաֆեն (TBLG) մեծ հետաքրքրություն է առաջացրել գիտնականների կողմից, թեև շատ հատկություններ բախվում են բուռն քննարկումների: Science Progress ամսագրում հրապարակված նոր հետազոտության մեջ Էմիլիո Կոլեդոն և ԱՄՆ-ի և Ճապոնիայի ֆիզիկայի և նյութերի գիտության դեպարտամենտի գիտնականները դիտարկել են գերհաղորդականություն և անալոգիա ոլորված երկշերտ գրաֆենի մեջ: Mott մեկուսիչի վիճակը ունի մոտ 0,93 աստիճանի ոլորման անկյուն: Այս անկյունը 15%-ով փոքր է նախորդ ուսումնասիրության մեջ հաշվարկված «կախարդական անկյունից» (1,1°): Այս ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ ոլորված երկշերտ գրաֆենի «կախարդական անկյունը» ավելի մեծ է, քան նախկինում ակնկալվում էր:

Այս ուսումնասիրությունը բազմաթիվ նոր տեղեկություններ է տալիս ոլորված երկշերտ գրաֆենի ուժեղ քվանտային երևույթների վերծանման համար՝ քվանտային ֆիզիկայում կիրառելու համար: Ֆիզիկոսները «Twistronics»-ը սահմանում են որպես հարաբերական ոլորման անկյուն հարակից վան դեր Վալսի շերտերի միջև՝ գրաֆենի մեջ մուար և հարթ ժապավեններ արտադրելու համար: Այս հայեցակարգը դարձել է նոր և եզակի մեթոդ՝ սարքի հատկությունները զգալիորեն փոխելու և հարմարեցնելու համար՝ հիմնված երկչափ նյութերի վրա՝ ընթացիկ հոսքի հասնելու համար: «Twistronics»-ի ուշագրավ էֆեկտը դրսևորվել է հետազոտողների պիոներական աշխատանքում՝ ցույց տալով, որ երբ երկու միաշերտ գրաֆենի շերտերը հավաքվում են «կախարդական անկյան» θ=1,1±0,1° ոլորման անկյան տակ, շատ հարթ գոտի է առաջանում: .

Այս ուսումնասիրության մեջ ոլորված երկշերտ գրաֆենում (TBLG) գերվանդակի առաջին միկրոշերտի (կառուցվածքային առանձնահատկություն) մեկուսիչ փուլը «կախարդական անկյան տակ» կիսալցված էր: Հետազոտական ​​թիմը պարզեց, որ սա Mott մեկուսիչ է (գերհաղորդիչ հատկություններով մեկուսիչ), որը գերհաղորդականություն է ցուցաբերում դոպինգի մի փոքր բարձր և ցածր մակարդակներում: Ֆազային դիագրամը ցույց է տալիս բարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչը գերհաղորդիչ անցումային ջերմաստիճանի (Tc) և Ֆերմի ջերմաստիճանի (Tf) միջև։ Այս հետազոտությունը հանգեցրեց մեծ հետաքրքրության և տեսական բանավեճի գրաֆենի ժապավենի կառուցվածքի, տոպոլոգիայի և լրացուցիչ «Magic Angle» կիսահաղորդչային համակարգերի վերաբերյալ: Համեմատած բնօրինակ տեսական զեկույցի հետ՝ փորձարարական հետազոտությունը հազվադեպ է և նոր է սկսվել: Այս ուսումնասիրության ընթացքում թիմը փոխանցման չափումներ է իրականացրել «կախարդական անկյան» ոլորված երկշերտ գրաֆենի վրա՝ ցույց տալով համապատասխան մեկուսիչ և գերհաղորդիչ վիճակները:

Անսպասելիորեն աղավաղված 0,93 ± 0,01 անկյունը, որը 15%-ով փոքր է հաստատված «Կախարդական անկյունից», նաև ամենափոքրն է մինչ օրս և ցուցադրում է գերհաղորդիչ հատկություններ: Այս արդյունքները ցույց են տալիս, որ նոր հարաբերակցության վիճակը կարող է հայտնվել «Կախարդական անկյուն» ոլորված երկշերտ գրաֆենում, ավելի ցածր, քան առաջնային «կախարդական անկյունը», գրաֆենի առաջին միկրոշերտի սահմաններից դուրս: Այս «կախարդական եղջյուր» ոլորված երկշերտ գրաֆենային սարքերը ստեղծելու համար թիմն օգտագործեց «պատռել և կույտ» մոտեցումը: Կառուցվածքը վեցանկյուն բորի նիտրիդի (BN) շերտերի միջև պարփակված է. նախշավոր Hall-ի ձողի երկրաչափության մեջ՝ բազմաթիվ լարերով, որոնք միացված են Cr/Au (քրոմ/ոսկի) եզրային կոնտակտներին: Ամբողջ «Magic Angle» ոլորված երկշերտ գրաֆենի սարքը ստեղծվել է գրաֆենի շերտի վերևում, որն օգտագործվում է որպես հետևի դարպաս:

Գիտնականները օգտագործում են ստանդարտ ուղղակի հոսանքի (DC) և փոփոխական հոսանքի (AC) կողպման տեխնիկա՝ պոմպային HE4 և HE3 կրիոստատներում սարքերը չափելու համար: Թիմը գրանցել է սարքի երկայնական դիմադրության (Rxx) և ընդլայնված դարպասի լարման (VG) միջակայքի հարաբերությունները և հաշվարկել մագնիսական դաշտը B 1.7K ջերմաստիճանում։ Դիտարկվել է, որ փոքր էլեկտրոնային անցքերի անհամաչափությունը հանդիսանում է «Magic Angle» ոլորված երկշերտ գրաֆենի սարքի բնորոշ հատկությունը: Ինչպես նկատվեց նախորդ զեկույցներում, թիմը գրանցեց այս արդյունքները և մանրամասնեց հաշվետվությունները, որոնք մինչ այժմ գերհաղորդիչ են եղել: Հատկանշական «Կախարդական անկյունը» շրջում է գրաֆենի երկշերտ սարքի ոլորման նվազագույն անկյունը: Լանդաուի երկրպագուների աղյուսակի ավելի մանրակրկիտ ուսումնասիրության արդյունքում հետազոտողները ձեռք բերեցին որոշ ուշագրավ առանձնահատկություններ:

Օրինակ, գագաթնակետը կիսով չափ լիցքաթափման ժամանակ և Լանդաուի մակարդակի կրկնակի այլասերումը համահունչ են նախկինում դիտարկված Moment-ի նման մեկուսացման վիճակներին: Թիմը ցույց տվեց SU(4) մոտավոր սպին հովտի սիմետրիայի ընդմիջում և նոր քվազիմասնիկի Ֆերմի մակերեսի ձևավորում: Այնուամենայնիվ, մանրամասները պահանջում են ավելի մանրամասն ստուգում: Դիտարկվել է նաև գերհաղորդականության տեսքը, որը մեծացրել է Rxx-ը (երկայնական դիմադրություն)՝ նախորդ հետազոտությունների նման։ Այնուհետև թիմը ուսումնասիրեց գերհաղորդիչ փուլի կրիտիկական ջերմաստիճանը (Tc): Քանի որ այս նմուշում գերհաղորդիչների օպտիմալ դոպինգի համար տվյալներ չեն ստացվել, գիտնականները ենթադրել են մինչև 0,5K կրիտիկական ջերմաստիճան: Սակայն այդ սարքերը դառնում են անարդյունավետ, քանի դեռ չեն կարողանում հստակ տվյալներ ստանալ գերհաղորդիչ վիճակից։ Գերհաղորդիչ վիճակի հետագա ուսումնասիրության համար հետազոտողները չափել են սարքի չորս տերմինալային լարման-հոսանքի (VI) բնութագրերը տարբեր կրիչի խտություններում:

Ստացված դիմադրությունը ցույց է տալիս, որ գերհոսանքը դիտվում է ավելի մեծ խտության միջակայքում և ցույց է տալիս սուպեր հոսանքի ճնշումը, երբ կիրառվում է զուգահեռ մագնիսական դաշտ: Հետազոտության ընթացքում նկատված վարքագծի մասին պատկերացում կազմելու համար հետազոտողները հաշվարկել են «Magic Angle» ոլորված երկշերտ գրաֆենի սարքի Moir շերտի կառուցվածքը՝ օգտագործելով Bistritzer-MacDonald մոդելը և բարելավված պարամետրերը: Համեմատած «Magic Angle» անկյան նախորդ հաշվարկի հետ, հաշվարկված ցածր էներգիայի Moire գոտին առանձնացված չէ բարձր էներգիայի գոտուց: Թեև սարքի ոլորման անկյունն ավելի փոքր է, քան «կախարդական անկյունը», որը հաշվարկվել է այլուր, սարքն ունի մի երևույթ, որը սերտորեն կապված է նախորդ ուսումնասիրությունների հետ (Mort մեկուսացում և գերհաղորդականություն), որը ֆիզիկոսներն անսպասելի և իրագործելի են համարել:

Մեծ խտությունների ժամանակ վարքագիծը հետագա գնահատելուց հետո (յուրաքանչյուր էներգիայի վրա առկա վիճակների թիվը), գիտնականների կողմից դիտարկված բնութագրերը վերագրվում են նոր առաջացող հարակից մեկուսացման վիճակներին: Ապագայում կիրականացվի վիճակների խտության (DOS) ավելի մանրամասն ուսումնասիրություն՝ հասկանալու մեկուսացման տարօրինակ վիճակը և պարզելու, թե արդյոք դրանք կարող են դասակարգվել որպես քվանտային սպին հեղուկներ։ Այս կերպ գիտնականները գերհաղորդականություն են դիտել Մոքսի նման մեկուսիչ վիճակի մոտ ոլորված երկշերտ գրաֆենային սարքում՝ փոքր ոլորման անկյունով (0,93°): Այս ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ նույնիսկ նման փոքր անկյուններում և բարձր խտության դեպքում էլեկտրոնների հարաբերակցության ազդեցությունը մուարի հատկությունների վրա նույնն է։ Հետագայում կուսումնասիրվեն մեկուսիչ փուլի պտտվող հովիտները, իսկ ավելի ցածր ջերմաստիճանում կուսումնասիրվի նոր գերհաղորդիչ փուլը։ Փորձարարական հետազոտությունները կհամակցվեն տեսական ջանքերի հետ՝ հասկանալու այս վարքագծի ծագումը: