Mohro juostelių ir plokščių diržų elgesys mokslo ir kvantinės fizikos moksle, vadinamas „stebuklingu kampu“ susuktu dvisluoksniu grafenu (TBLG), sulaukė didelio mokslininkų susidomėjimo, nors dėl daugelio savybių kyla karštų diskusijų. Naujame tyrime, paskelbtame žurnale „Science Progress“, Emilio Colledo ir JAV bei Japonijos Fizikos ir medžiagų mokslo departamento mokslininkai pastebėjo superlaidumą ir analogiją susuktame dvisluoksnyje grafene. Mott izoliatoriaus būsenos posūkio kampas yra apie 0,93 laipsnio. Šis kampas yra 15% mažesnis nei „stebuklingo kampo“ kampas (1,1°), apskaičiuotas ankstesniame tyrime. Šis tyrimas rodo, kad susukto dvisluoksnio grafeno „stebuklingo kampo“ diapazonas yra didesnis nei anksčiau tikėtasi.
Šis tyrimas suteikia daug naujos informacijos, leidžiančios iššifruoti stiprius kvantinius reiškinius susuktame dvisluoksniame grafene, skirtą kvantinės fizikos taikymui. Fizikai „Twistronics“ apibrėžia kaip santykinį posūkio kampą tarp gretimų van der Waals sluoksnių, kad grafene susidarytų muarė ir plokščios juostos. Ši koncepcija tapo nauju ir unikaliu metodu, leidžiančiu žymiai pakeisti ir pritaikyti įrenginio savybes, pagrįstas dvimatėmis medžiagomis, kad būtų pasiektas srovės srautas. Nuostabus „Twistronics“ efektas buvo parodytas novatoriškame tyrėjų darbe, parodant, kad kai du vieno sluoksnio grafeno sluoksniai yra sukrauti „stebuklingo kampo“ posūkio kampu θ = 1, 1 ± 0, 1 °, atsiranda labai plokščia juosta. .
Šiame tyrime susuktame dvisluoksniame grafene (TBLG) pirmosios supergardelės mikrojuostos (struktūrinės ypatybės) izoliacinė fazė „stebuklingu kampu“ buvo pusiau užpildyta. Tyrimo grupė nustatė, kad tai yra Mott izoliatorius (izoliatorius, turintis superlaidžių savybių), kurio superlaidumas yra šiek tiek didesnis ir mažesnis. Fazių diagrama rodo aukštos temperatūros superlaidininką tarp superlaidumo pereinamosios temperatūros (Tc) ir Fermi temperatūros (Tf). Šis tyrimas sukėlė didelį susidomėjimą ir teorines diskusijas apie grafeno juostos struktūrą, topologiją ir papildomas „Magic Angle“ puslaidininkių sistemas. Palyginti su pradine teorine ataskaita, eksperimentiniai tyrimai yra reti ir tik pradėti. Šiame tyrime komanda atliko „stebuklingo kampo“ susukto dvisluoksnio grafeno perdavimo matavimus, rodančius atitinkamas izoliacines ir superlaidžias būsenas.
Netikėtai iškraipytas 0,93 ± 0,01 kampas, kuris yra 15% mažesnis nei nustatytas „stebuklingasis kampas“, taip pat yra mažiausias iki šiol praneštas ir pasižymi superlaidžiomis savybėmis. Šie rezultatai rodo, kad nauja koreliacijos būsena gali atsirasti „Magic Angle“ susuktame dvisluoksniame grafene, žemesniame už pirminį „stebuklingąjį kampą“, už pirmosios grafeno mikrojuostos. Siekdama sukurti šiuos „stebuklingo rago“ susuktus dvisluoksnius grafeno įrenginius, komanda naudojo „plyšimo ir krūvos“ metodą. Struktūra tarp šešiakampio boro nitrido (BN) sluoksnių yra įkapsuliuota; raštuotas pagal Hall strypo geometriją su keliais laidais, sujungtais su Cr / Au (chromo / aukso) briaunų kontaktais. Visas „Magic Angle“ susuktas dvisluoksnis grafeno įtaisas buvo pagamintas ant grafeno sluoksnio, naudojamo kaip galiniai vartai.
Mokslininkai naudoja standartinius nuolatinės srovės (DC) ir kintamosios srovės (kintamos srovės) blokavimo metodus, kad išmatuotų prietaisus pumpuojamuose HE4 ir HE3 kriostatuose. Komanda užfiksavo ryšį tarp įrenginio išilginės varžos (Rxx) ir išplėstinio vartų įtampos (VG) diapazono ir apskaičiavo magnetinį lauką B esant 1,7 K temperatūrai. Pastebėta, kad maža elektronų skylės asimetrija yra būdinga „Magic Angle“ susukto dvisluoksnio grafeno įrenginio savybė. Kaip pastebėta ankstesnėse ataskaitose, komanda užregistravo šiuos rezultatus ir detalizavo ataskaitas, kurios iki šiol buvo superlaidžios. Charakteristika „Magic Angle“ išsuka mažiausią dvisluoksnio grafeno įrenginio sukimo kampą. Atidžiau išnagrinėję Landau gerbėjų diagramą, mokslininkai įgijo keletą pastebimų savybių.
Pavyzdžiui, smailė esant pusei užpildymo ir dvigubas Landau lygio degeneracija atitinka anksčiau pastebėtas momentines izoliacijos būsenas. Komanda parodė apytikslio sukimosi slėnio SU(4) simetrijos pertrūkį ir naujo kvazidalelių Fermi paviršiaus susidarymą. Tačiau detalės reikalauja išsamesnio patikrinimo. Taip pat buvo pastebėtas superlaidumas, kuris padidino Rxx (išilginį pasipriešinimą), panašiai kaip ir ankstesniuose tyrimuose. Tada komanda ištyrė superlaidumo fazės kritinę temperatūrą (Tc). Kadangi nebuvo gauta duomenų apie optimalų superlaidininkų dopingą šiame pavyzdyje, mokslininkai manė, kad kritinė temperatūra yra iki 0,5 K. Tačiau šie įrenginiai tampa neveiksmingi, kol nesugeba gauti aiškių duomenų iš superlaidžios būsenos. Norėdami toliau tirti superlaidumo būseną, mokslininkai išmatavo keturių gnybtų įtampos ir srovės (VI) įrenginio charakteristikas esant skirtingam nešiklio tankiui.
Gauta varža rodo, kad super srovė stebima didesniame tankio diapazone ir parodo supersrovės slopinimą, kai veikia lygiagretus magnetinis laukas. Norėdami sužinoti apie tyrime pastebėtą elgesį, mokslininkai apskaičiavo „Magic Angle“ susukto dvisluoksnio grafeno įrenginio Moiro juostos struktūrą, naudodami Bistritzer-MacDonald modelį ir patobulintus parametrus. Palyginti su ankstesniu „stebuklingo kampo“ kampo skaičiavimu, apskaičiuota mažos energijos muaro juosta nėra izoliuota nuo didelės energijos juostos. Nors prietaiso posūkio kampas yra mažesnis nei kitur apskaičiuotas „stebuklingo kampo“ kampas, prietaisas turi reiškinį, kuris yra glaudžiai susijęs su ankstesniais tyrimais (Skiedinio izoliacija ir superlaidumas), kuriuos fizikai nustatė kaip netikėtą ir įmanomą.
Toliau įvertinus elgseną esant dideliam tankiui (būsenų, turimų kiekvienai energijai, skaičius), mokslininkų pastebėtos charakteristikos priskiriamos naujai atsirandančioms asocijuotoms izoliacijos būsenoms. Ateityje bus atliktas išsamesnis būsenų tankio (DOS) tyrimas, siekiant suprasti keistą izoliacijos būseną ir nustatyti, ar jie gali būti klasifikuojami kaip kvantiniai sukimosi skysčiai. Tokiu būdu mokslininkai stebėjo superlaidumą šalia Mox tipo izoliacinės būsenos susuktame dvisluoksniame grafeno įrenginyje su nedideliu sukimo kampu (0,93°). Šis tyrimas rodo, kad net esant tokiems mažiems kampams ir dideliems tankiams elektronų koreliacijos poveikis muaro savybėms yra vienodas. Ateityje bus tiriami izoliacinės fazės sukimosi slėniai, o žemesnėje temperatūroje – nauja superlaidumo fazė. Eksperimentiniai tyrimai bus derinami su teorinėmis pastangomis suprasti šio elgesio kilmę.
Paskelbimo laikas: 2019-10-08