"Magic Angle" 트위스트 이중층 그래핀(TBLG)이라고 불리는 과학 및 양자물리학에서 Mohr 줄무늬와 평벨트의 동작은 많은 특성이 열띤 논쟁에 직면하고 있지만 과학자들로부터 큰 관심을 끌고 있습니다. Science Progress 저널에 발표된 새로운 연구에서 Emilio Colledo와 미국과 일본의 물리학 및 재료 과학부의 과학자들은 뒤틀린 이중층 그래핀에서 초전도성과 유사성을 관찰했습니다. Mott 절연체 상태는 약 0.93도의 비틀림 각도를 갖습니다. 이 각도는 이전 연구에서 계산된 "마법의 각도" 각도(1.1°)보다 15% 작습니다. 이 연구는 꼬인 이중층 그래핀의 "마법의 각도" 범위가 이전에 예상했던 것보다 더 크다는 것을 보여줍니다.
이 연구는 양자 물리학에 응용하기 위해 꼬인 이중층 그래핀의 강력한 양자 현상을 해독하기 위한 풍부한 새로운 정보를 제공합니다. 물리학자들은 "트위스트로닉스(Twistronics)"를 그래핀에 모아레 및 플랫 밴드를 생성하기 위한 인접한 반 데르 발스 층 사이의 상대적인 비틀림 각도로 정의합니다. 이 개념은 전류 흐름을 달성하기 위해 2차원 재료를 기반으로 장치 특성을 크게 변경하고 맞춤화하는 새롭고 독특한 방법이 되었습니다. "Twistronics"의 놀라운 효과는 연구원들의 선구적인 연구에서 예시되었으며, 두 개의 단일 층 그래핀 층이 "마법의 각도" 비틀림 각도 θ=1.1±0.1°로 적층될 때 매우 평평한 밴드가 나타나는 것을 보여줍니다. .
본 연구에서는 비틀린 이중층 그래핀(TBLG)에서 "마법의 각도"에 있는 초격자의 첫 번째 마이크로스트립(구조적 특징)의 절연상이 반쯤 채워졌습니다. 연구팀은 이것이 약간 높은 도핑 수준과 낮은 도핑 수준에서 초전도성을 나타내는 모트 절연체(초전도 특성을 갖는 절연체)라고 판단했다. 상태 다이어그램은 초전도 전이 온도(Tc)와 페르미 온도(Tf) 사이의 고온 초전도체를 보여줍니다. 이 연구는 그래핀 밴드 구조, 토폴로지 및 추가 "Magic Angle" 반도체 시스템에 대한 큰 관심과 이론적 논쟁을 불러일으켰습니다. 원래의 이론적 보고서와 비교하면 실험적 연구는 드물고 이제 막 시작되었습니다. 이 연구에서 팀은 관련 절연 및 초전도 상태를 보여주는 "마법의 각도" 꼬인 이중층 그래핀에 대한 투과 측정을 수행했습니다.
예상외로 왜곡된 각도 0.93±0.01은 기존의 '마법각'보다 15% 작은 수치로 현재까지 보고된 것 중 가장 작은 것으로 초전도 특성을 보인다. 이러한 결과는 새로운 상관 상태가 그래핀의 첫 번째 마이크로스트립을 넘어 기본 "마법 각도"보다 낮은 "마법 각도" 꼬인 이중층 그래핀에 나타날 수 있음을 나타냅니다. 이러한 "마법의 뿔" 꼬인 이중층 그래핀 장치를 만들기 위해 팀은 "찢고 쌓기" 접근 방식을 사용했습니다. 육각형 질화붕소(BN) 층 사이의 구조는 캡슐화되어 있습니다. Cr/Au(크롬/금) 가장자리 접점에 연결된 여러 와이어를 사용하여 홀 로드 형상으로 패턴화되었습니다. 전체 "Magic Angle" 트위스트 이중층 그래핀 장치는 백 게이트로 사용된 그래핀 층 위에 제작되었습니다.
과학자들은 표준 직류(DC) 및 교류(AC) 잠금 기술을 사용하여 펌핑된 HE4 및 HE3 저온 유지 장치의 장치를 측정합니다. 연구팀은 소자의 종방향 저항(Rxx)과 확장된 게이트 전압(VG) 범위 사이의 관계를 기록하고 1.7K 온도에서 자기장 B를 계산했습니다. 작은 전자-정공 비대칭성은 "Magic Angle" 트위스트 이중층 그래핀 장치의 고유한 특성인 것으로 관찰되었습니다. 이전 보고서에서 관찰한 바와 같이, 팀은 이러한 결과를 기록하고 지금까지 초전도된 보고서를 자세히 설명했습니다. "Magic Angle" 특성은 이중층 그래핀 장치의 최소 비틀림 각도를 비틀어줍니다. Landau 팬 차트를 자세히 조사한 결과 연구원들은 몇 가지 주목할만한 특징을 얻었습니다.
예를 들어, 반 충전 시 피크와 Landau 준위의 2중 축퇴는 이전에 관찰된 모멘트 유사 절연 상태와 일치합니다. 연구팀은 대략적인 스핀 밸리 SU(4)의 대칭이 깨지고 새로운 준입자 페르미 표면이 형성되는 것을 보여주었습니다. 다만, 세부적인 사항은 좀 더 정밀한 점검이 필요합니다. 이전 연구와 유사하게 Rxx(종방향 저항)를 증가시키는 초전도 현상도 관찰되었습니다. 그런 다음 연구팀은 초전도상의 임계 온도(Tc)를 조사했습니다. 이 샘플에서 초전도체의 최적 도핑에 대한 데이터를 얻지 못했기 때문에 과학자들은 임계 온도를 최대 0.5K로 가정했습니다. 그러나 이러한 장치는 초전도 상태에서 명확한 데이터를 얻을 수 있을 때까지 효과가 없습니다. 초전도 상태를 더 조사하기 위해 연구진은 다양한 캐리어 밀도에서 장치의 4단자 전압-전류(VI) 특성을 측정했습니다.
얻은 저항은 초전류가 더 넓은 밀도 범위에서 관찰되고 평행 자기장이 적용될 때 초전류가 억제되는 것을 보여줍니다. 연구에서 관찰된 동작에 대한 통찰력을 얻기 위해 연구진은 Bistritzer-MacDonald 모델과 개선된 매개변수를 사용하여 "Magic Angle" 트위스트 이중층 그래핀 장치의 모아레 밴드 구조를 계산했습니다. 이전의 "Magic Angle" 각도 계산과 비교하여 계산된 저에너지 모아레 밴드는 고에너지 밴드와 분리되지 않습니다. 장치의 비틀림 각도는 다른 곳에서 계산된 "마법의 각도" 각도보다 작지만, 장치에는 이전 연구(모트 절연 및 초전도성)와 밀접한 관련이 있는 현상이 있으며, 이는 물리학자들이 예상치 못한 실현 가능한 것으로 밝혀졌습니다.
큰 밀도(각 에너지에서 사용할 수 있는 상태의 수)에서의 동작을 추가로 평가한 후, 과학자들이 관찰한 특성은 새로 나타나는 관련 절연 상태에 기인합니다. 앞으로 절연체의 이상한 상태를 이해하고 양자 스핀 액체로 분류할 수 있는지 확인하기 위해 상태 밀도(DOS)에 대한 보다 자세한 연구가 수행될 예정입니다. 이러한 방식으로 과학자들은 작은 비틀림 각도(0.93°)를 갖는 비틀린 이중층 그래핀 장치에서 Mox와 같은 절연 상태 근처의 초전도성을 관찰했습니다. 이 연구는 이렇게 작은 각도와 높은 밀도에서도 전자 상관관계가 모아레 특성에 미치는 영향은 동일하다는 것을 보여줍니다. 앞으로는 절연상의 스핀 밸리에 대한 연구를 진행하고, 더 낮은 온도에서 새로운 초전도상을 연구할 예정이다. 실험적 연구는 이러한 행동의 원인을 이해하기 위한 이론적 노력과 결합될 것입니다.
게시 시간: 2019년 10월 8일