გრაფენის ზეგამტარობა უფრო მიმზიდველია! უახლესი აღმოჩენა: გრაფენში "ჯადოსნური კუთხის" დიაპაზონი მოსალოდნელზე დიდია

მორის ზოლებისა და ბრტყელი ქამრების ქცევამ მეცნიერებისა და კვანტური ფიზიკის მეცნიერებაში, სახელწოდებით „ჯადოსნური კუთხე“ გრეხილი ორფენიანი გრაფენი (TBLG) მეცნიერთა დიდი ინტერესი გამოიწვია, თუმცა ბევრი თვისება მწვავე დებატების წინაშე დგას. ჟურნალ Science Progress-ში გამოქვეყნებულ ახალ კვლევაში, ემილიო კოლედომ და ფიზიკისა და მასალების მეცნიერების დეპარტამენტის მეცნიერებმა შეერთებულ შტატებსა და იაპონიაში დააკვირდნენ ზეგამტარობას და ანალოგიას გრეხილი ორშრიანი გრაფენში. Mott-ის იზოლატორის მდგომარეობას აქვს ბრუნვის კუთხე დაახლოებით 0,93 გრადუსი. ეს კუთხე 15%-ით ნაკლებია წინა კვლევაში გამოთვლილ "ჯადოსნური კუთხის" კუთხეზე (1.1°). ეს კვლევა აჩვენებს, რომ გრეხილი ორფენიანი გრაფენის „ჯადოსნური კუთხის“ დიაპაზონი უფრო დიდია, ვიდრე ადრე იყო მოსალოდნელი.

ეს კვლევა გვაწვდის უამრავ ახალ ინფორმაციას ძლიერი კვანტური ფენომენების გაშიფვრისთვის გრეხილი ორშრის გრაფენში კვანტურ ფიზიკაში გამოსაყენებლად. ფიზიკოსები „ტვისტრონიკას“ განსაზღვრავენ, როგორც ვან დერ ვაალსის მიმდებარე ფენებს შორის მოარულობის და ბრტყელი ზოლების წარმოქმნის ფარდობით კუთხეს გრაფენში. ეს კონცეფცია გახდა ახალი და უნიკალური მეთოდი მოწყობილობის თვისებების მნიშვნელოვნად შეცვლისა და მორგებისთვის, რომელიც დაფუძნებულია ორგანზომილებიან მასალებზე, მიმდინარე ნაკადის მისაღწევად. „ტვისტრონიკის“ შესანიშნავი ეფექტი აისახა მკვლევართა პიონერულ ნაშრომში, სადაც აჩვენა, რომ როდესაც ორი ერთშრიანი გრაფენის ფენა დალაგებულია „ჯადოსნური კუთხით“ გრეხილის კუთხით θ=1.1±0.1°, ჩნდება ძალიან ბრტყელი ზოლი. .

ამ კვლევაში, გრეხილ ორშრიან გრაფენში (TBLG), სუპერლატის პირველი მიკროზოლის (სტრუქტურული თავისებურება) საიზოლაციო ფაზა "ჯადოსნური კუთხით" ნახევრად შევსებული იყო. მკვლევარმა ჯგუფმა დაადგინა, რომ ეს არის Mott იზოლატორი (იზოლატორი ზეგამტარი თვისებებით), რომელიც ავლენს სუპერგამტარობას ოდნავ უფრო მაღალ და დაბალ დოპინგ დონეზე. ფაზურ დიაგრამაზე ნაჩვენებია მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარი ზეგამტარობის გარდამავალ ტემპერატურას (Tc) და ფერმის ტემპერატურას (Tf) შორის. ამ კვლევამ გამოიწვია დიდი ინტერესი და თეორიული დებატები გრაფენის ზოლის სტრუქტურის, ტოპოლოგიისა და დამატებითი "ჯადოსნური კუთხის" ნახევარგამტარული სისტემების შესახებ. ორიგინალურ თეორიულ მოხსენებასთან შედარებით, ექსპერიმენტული კვლევა იშვიათია და ახლახან დაიწყო. ამ კვლევაში, გუნდმა ჩაატარა გადაცემის გაზომვები "ჯადოსნური კუთხით" დაგრეხილი ორფენიანი გრაფენით, რომელიც აჩვენებს შესაბამის საიზოლაციო და სუპერგამტარ მდგომარეობას.

მოულოდნელად დამახინჯებული კუთხე 0,93 ± 0,01, რომელიც 15%-ით ნაკლებია დადგენილ „ჯადოსნურ კუთხეზე“, ასევე ყველაზე მცირეა დღემდე და ავლენს ზეგამტარ თვისებებს. ეს შედეგები მიუთითებს, რომ ახალი კორელაციური მდგომარეობა შეიძლება გამოჩნდეს „ჯადოსნური კუთხით“ გრეხილი ორშრიანი გრაფენში, უფრო დაბალი, ვიდრე პირველადი „ჯადოსნური კუთხე“, გრაფენის პირველი მიკროზოლის მიღმა. ამ "ჯადოსნური რქის" გრეხილი ორფენიანი გრაფენის მოწყობილობების ასაგებად, გუნდმა გამოიყენა "დაშლის და დაწყობის" მიდგომა. სტრუქტურა ბორის ნიტრიდის (BN) ექვსკუთხა ფენებს შორის არის ინკაფსულირებული; შედგენილია ჰოლის ღეროს გეომეტრიაში მრავალი მავთულით, რომლებიც დაკავშირებულია Cr/Au (ქრომი/ოქრო) კიდეების კონტაქტებთან. მთელი „ჯადოსნური კუთხე“ გრეხილი ორფენიანი გრაფენის მოწყობილობა დამზადდა გრაფენის ფენის თავზე, რომელიც გამოიყენებოდა უკანა კარიბჭედ.

მეცნიერები იყენებენ სტანდარტული პირდაპირი დენის (DC) და ალტერნატიული დენის (AC) ჩაკეტვის ტექნიკას, რათა გაზომონ მოწყობილობები სატუმბი HE4 და HE3 კრიოსტატებში. ჯგუფმა ჩაწერა კავშირი მოწყობილობის გრძივი წინააღმდეგობის (Rxx) და გაფართოებული კარიბჭის ძაბვის (VG) დიაპაზონს შორის და გამოთვალა მაგნიტური ველი B 1.7K ტემპერატურაზე. დაფიქსირდა ელექტრონულ ხვრელის მცირე ასიმეტრია, როგორც "ჯადოსნური კუთხის" გრეხილი ორფენიანი გრაფენის მოწყობილობის თანდაყოლილი თვისება. როგორც წინა მოხსენებებში დაფიქსირდა, გუნდმა ჩაწერა ეს შედეგები და დეტალურად აღწერს ანგარიშებს, რომლებიც აქამდე სუპერგამტარი იყო. დამახასიათებელი "ჯადოსნური კუთხე" ახვევს ორშრიანი გრაფენის მოწყობილობის მინიმალურ ბრუნვის კუთხეს. ლანდაუს გულშემატკივართა დიაგრამის უფრო მჭიდრო შესწავლით, მკვლევარებმა მიიღეს რამდენიმე მნიშვნელოვანი თვისება.

მაგალითად, ნახევრად შევსების პიკი და ლანდაუს დონის ორჯერ გადაგვარება შეესაბამება ადრე დაფიქსირებულ მომენტის მსგავს საიზოლაციო მდგომარეობებს. გუნდმა აჩვენა SU(4) სავარაუდო სპინის ველის სიმეტრიის დარღვევა და ახალი კვაზინაწილაკების ფერმის ზედაპირის ფორმირება. თუმცა, დეტალები მოითხოვს უფრო დეტალურ შემოწმებას. ასევე დაფიქსირდა ზეგამტარობის გამოჩენა, რამაც გაზარდა Rxx (გრძივი წინააღმდეგობა), წინა კვლევების მსგავსად. შემდეგ ჯგუფმა შეისწავლა სუპერგამტარი ფაზის კრიტიკული ტემპერატურა (Tc). ვინაიდან ამ ნიმუშში სუპერგამტარების ოპტიმალური დოპინგის მონაცემები არ იქნა მიღებული, მეცნიერებმა 0,5K-მდე კრიტიკული ტემპერატურა მიიღეს. თუმცა, ეს მოწყობილობები არაეფექტური ხდება მანამ, სანამ არ შეძლებენ მკაფიო მონაცემების მიღებას სუპერგამტარი მდგომარეობიდან. ზეგამტარობის მდგომარეობის შემდგომი გამოსაკვლევად, მკვლევარებმა გაზომეს მოწყობილობის ოთხი ტერმინალური ძაბვა-დენის (VI) მახასიათებლები სხვადასხვა გადამზიდავი სიმკვრივით.

მიღებული წინააღმდეგობა გვიჩვენებს, რომ სუპერ დენი შეინიშნება უფრო დიდი სიმკვრივის დიაპაზონში და აჩვენებს სუპერ დენის ჩახშობას პარალელური მაგნიტური ველის გამოყენებისას. კვლევაში დაფიქსირებული ქცევის შესახებ ინფორმაციის მისაღებად, მკვლევარებმა გამოთვალეს Moir ზოლის სტრუქტურა "Magic Angle" გრეხილი ორფენიანი გრაფენის მოწყობილობის გამოყენებით Bistritzer-MacDonald მოდელის გამოყენებით და გაუმჯობესებული პარამეტრები. "ჯადოსნური კუთხის" კუთხის წინა გამოთვლასთან შედარებით, გამოთვლილი დაბალი ენერგიის მოიერის ზოლი არ არის იზოლირებული მაღალი ენერგიის ზოლიდან. მიუხედავად იმისა, რომ მოწყობილობის გადახვევის კუთხე სხვაგან გამოთვლილ „ჯადოსნური კუთხის“ კუთხეზე მცირეა, მოწყობილობას აქვს ფენომენი, რომელიც მჭიდროდ არის დაკავშირებული წინა კვლევებთან (მორტის იზოლაცია და ზეგამტარობა), რაც ფიზიკოსებმა მოულოდნელად და შესასრულებლად მიიჩნიეს.

დიდი სიმკვრივის დროს ქცევის შემდგომი შეფასების შემდეგ (ყოველ ენერგიაზე ხელმისაწვდომი მდგომარეობების რაოდენობა), მეცნიერთა მიერ დაკვირვებული მახასიათებლები მიეკუთვნება ახლად წარმოქმნილ ასოცირებულ საიზოლაციო მდგომარეობებს. მომავალში ჩატარდება მდგომარეობების სიმკვრივის (DOS) უფრო დეტალური შესწავლა იზოლაციის უცნაური მდგომარეობის გასაგებად და იმის დასადგენად, შეიძლება თუ არა მათი კლასიფიკაცია კვანტური სპინის სითხეებად. ამ გზით, მეცნიერებმა დააფიქსირეს ზეგამტარობა მოქსის მსგავსი საიზოლაციო მდგომარეობის მახლობლად, გრეხილი ორფენიანი გრაფენის მოწყობილობაში, მცირე ბრუნვის კუთხით (0,93°). ეს კვლევა გვიჩვენებს, რომ ასეთი მცირე კუთხით და მაღალი სიმკვრივითაც კი, ელექტრონების კორელაციის ეფექტი მუარის თვისებებზე იგივეა. სამომავლოდ შეისწავლება საიზოლაციო ფაზის სპინი ველები, ხოლო დაბალ ტემპერატურაზე შეისწავლება ახალი ზეგამტარი ფაზა. ექსპერიმენტული კვლევა შერწყმული იქნება თეორიულ ძალისხმევასთან ამ ქცევის წარმოშობის გასაგებად.