Perilaku garis Mohr dan sabuk datar dalam sains dan fisika kuantum yang disebut “Sudut Ajaib” twisted bilayer graphene (TBLG) telah menarik minat besar para ilmuwan, meskipun banyak properti menghadapi perdebatan sengit. Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan dalam jurnal Science Progress, Emilio Colledo dan para ilmuwan di Departemen Fisika dan Ilmu Material di Amerika Serikat dan Jepang mengamati superkonduktivitas dan analogi dalam graphene bilayer bengkok. Keadaan isolator Mott memiliki sudut puntir sekitar 0,93 derajat. Sudut ini 15% lebih kecil dari sudut “sudut ajaib” (1,1°) yang dihitung pada penelitian sebelumnya. Studi ini menunjukkan bahwa rentang “sudut ajaib” dari graphene bilayer bengkok lebih besar dari perkiraan sebelumnya.
Studi ini memberikan banyak informasi baru untuk menguraikan fenomena kuantum kuat dalam graphene bilayer bengkok untuk aplikasi dalam fisika kuantum. Fisikawan mendefinisikan “Twistronics” sebagai sudut puntir relatif antara lapisan van der Waals yang berdekatan untuk menghasilkan pita moiré dan datar pada graphene. Konsep ini telah menjadi metode baru dan unik untuk mengubah dan menyesuaikan properti perangkat secara signifikan berdasarkan material dua dimensi untuk mencapai aliran arus. Efek luar biasa dari “Twistronics” dicontohkan dalam karya perintis para peneliti, yang menunjukkan bahwa ketika dua lapisan graphene satu lapis ditumpuk pada sudut puntir “sudut ajaib” θ=1,1±0,1°, pita yang sangat datar akan muncul. .
Dalam penelitian ini, dalam twisted bilayer graphene (TBLG), fase isolasi mikrostrip pertama (fitur struktural) dari superlattice pada “sudut ajaib” adalah semi-terisi. Tim peneliti menentukan bahwa ini adalah isolator Mott (isolator dengan sifat superkonduktor) yang menunjukkan superkonduktivitas pada tingkat doping yang sedikit lebih tinggi dan lebih rendah. Diagram fase menunjukkan superkonduktor suhu tinggi antara suhu transisi superkonduktor (Tc) dan suhu Fermi (Tf). Penelitian ini menimbulkan minat besar dan perdebatan teoretis tentang struktur pita graphene, topologi, dan sistem semikonduktor “Sudut Ajaib” tambahan. Dibandingkan dengan laporan teoretis asli, penelitian eksperimental jarang terjadi dan baru saja dimulai. Dalam studi ini, tim melakukan pengukuran transmisi pada graphene bilayer bengkok “sudut ajaib” yang menunjukkan keadaan isolasi dan superkonduktor yang relevan.
Sudut terdistorsi yang tidak terduga sebesar 0,93 ± 0,01, yang 15% lebih kecil dari “Sudut Ajaib” yang ada, juga merupakan sudut terkecil yang dilaporkan hingga saat ini dan menunjukkan sifat superkonduktor. Hasil ini menunjukkan bahwa keadaan korelasi baru dapat muncul dalam graphene bilayer terpelintir “Sudut Ajaib”, lebih rendah dari “sudut ajaib” primer, di luar mikrostrip graphene pertama. Untuk membuat perangkat graphene bilayer bengkok “tanduk ajaib” ini, tim menggunakan pendekatan “sobek dan tumpukan”. Struktur antara lapisan boron nitrida (BN) heksagonal dienkapsulasi; berpola menjadi geometri batang Hall dengan banyak kabel yang digabungkan ke kontak tepi Cr/Au (kromium/emas). Seluruh perangkat graphene bilayer bengkok “Sudut Ajaib” dibuat di atas lapisan graphene yang digunakan sebagai gerbang belakang.
Para ilmuwan menggunakan teknik penguncian arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC) standar untuk mengukur perangkat dalam cryostat HE4 dan HE3 yang dipompa. Tim mencatat hubungan antara resistansi longitudinal perangkat (Rxx) dan rentang tegangan gerbang yang diperluas (VG) dan menghitung medan magnet B pada suhu 1,7K. Asimetri lubang elektron kecil diamati sebagai properti yang melekat pada perangkat graphene bilayer bengkok “Sudut Ajaib”. Seperti yang diamati pada laporan sebelumnya, tim mencatat hasil tersebut dan merinci laporan superkonduktor sejauh ini. Karakteristik “Sudut Ajaib” memutar sudut torsi minimum perangkat graphene bilayer. Dengan mengamati lebih dekat diagram penggemar Landau, para peneliti memperoleh beberapa fitur penting.
Misalnya, puncak pada pengisian setengah dan degenerasi dua kali lipat pada tingkat Landau konsisten dengan keadaan insulasi seperti Momen yang diamati sebelumnya. Tim menunjukkan kerusakan pada simetri perkiraan lembah putaran SU (4) dan pembentukan permukaan Fermi kuasi-partikel baru. Namun, detailnya memerlukan pemeriksaan lebih detail. Munculnya superkonduktivitas juga diamati, yang meningkatkan Rxx (resistensi longitudinal), serupa dengan penelitian sebelumnya. Tim kemudian memeriksa suhu kritis (Tc) fase superkonduktor. Karena tidak ada data yang diperoleh untuk doping superkonduktor optimal dalam sampel ini, para ilmuwan mengasumsikan suhu kritis hingga 0,5K. Namun, perangkat ini menjadi tidak efektif sampai mereka dapat memperoleh data yang jelas dari keadaan superkonduktor. Untuk menyelidiki lebih lanjut keadaan superkonduktor, para peneliti mengukur karakteristik empat terminal tegangan-arus (VI) perangkat pada kepadatan pembawa yang berbeda.
Resistansi yang diperoleh menunjukkan bahwa arus super diamati pada rentang kepadatan yang lebih besar dan menunjukkan penekanan arus super ketika medan magnet paralel diterapkan. Untuk mendapatkan wawasan tentang perilaku yang diamati dalam penelitian ini, para peneliti menghitung struktur pita Moir dari perangkat graphene bilayer terpelintir “Sudut Ajaib” menggunakan model Bistritzer-MacDonald dan meningkatkan parameternya. Dibandingkan dengan penghitungan sudut “Sudut Ajaib” sebelumnya, pita Moire berenergi rendah yang dihitung tidak diisolasi dari pita berenergi tinggi. Meskipun sudut puntir perangkat lebih kecil dari sudut “sudut ajaib” yang dihitung di tempat lain, perangkat tersebut memiliki fenomena yang sangat terkait dengan penelitian sebelumnya (isolasi Mort dan superkonduktivitas), yang menurut fisikawan tidak terduga dan layak dilakukan.
Setelah mengevaluasi lebih lanjut perilaku pada kepadatan besar (jumlah keadaan yang tersedia pada setiap energi), karakteristik yang diamati oleh para ilmuwan dikaitkan dengan keadaan isolasi terkait yang baru muncul. Di masa depan, studi yang lebih rinci tentang kepadatan keadaan (DOS) akan dilakukan untuk memahami keadaan isolasi yang ganjil dan untuk menentukan apakah mereka dapat diklasifikasikan sebagai cairan spin kuantum. Dengan cara ini, para ilmuwan mengamati superkonduktivitas di dekat keadaan isolasi seperti Mox dalam perangkat graphene bilayer bengkok dengan sudut puntir kecil (0,93°). Studi ini menunjukkan bahwa bahkan pada sudut kecil dan kepadatan tinggi, pengaruh korelasi elektron pada sifat moiré tetap sama. Di masa depan, lembah putaran fase isolasi akan dipelajari, dan fase superkonduktor baru akan dipelajari pada suhu yang lebih rendah. Penelitian eksperimental akan dikombinasikan dengan upaya teoritis untuk memahami asal mula perilaku ini.
Waktu posting: 08-Okt-2019