Mora svītru un plakano jostu uzvedība zinātnes un kvantu fizikas zinātnē, ko sauc par “Magic Angle” savītu divslāņu grafēnu (TBLG), ir izraisījusi lielu zinātnieku interesi, lai gan daudzi īpašumi saskaras ar karstām diskusijām. Jaunā pētījumā, kas publicēts žurnālā Science Progress, Emilio Colledo un zinātnieki no ASV un Japānas Fizikas un materiālu zinātnes departamenta novēroja supravadītspēju un analoģiju savītā divslāņu grafēnā. Mott izolatora stāvoklim ir pagrieziena leņķis aptuveni 0,93 grādi. Šis leņķis ir par 15% mazāks nekā “maģiskā leņķa” leņķis (1,1°), kas aprēķināts iepriekšējā pētījumā. Šis pētījums parāda, ka savītā divslāņu grafēna “maģiskā leņķa” diapazons ir lielāks, nekā iepriekš gaidīts.
Šis pētījums sniedz daudz jaunas informācijas, lai atšifrētu spēcīgās kvantu parādības savītā divslāņu grafēnā izmantošanai kvantu fizikā. Fiziķi definē “Twistroniku” kā relatīvo pagrieziena leņķi starp blakus esošajiem van der Vālsa slāņiem, lai grafēnā radītu muarē un plakanas joslas. Šī koncepcija ir kļuvusi par jaunu un unikālu metodi, lai būtiski mainītu un pielāgotu ierīces īpašības, pamatojoties uz divdimensiju materiāliem, lai panāktu strāvas plūsmu. “Twistronics” ievērojamais efekts tika parādīts pētnieku novatoriskajā darbā, parādot, ka tad, kad divi viena slāņa grafēna slāņi ir sakrauti “maģiskā leņķa” pagrieziena leņķī θ = 1, 1 ± 0, 1 °, parādās ļoti plakana josla. .
Šajā pētījumā savītā divslāņu grafēnā (TBLG) virsrežģa pirmās mikrosloksnes (strukturālās iezīmes) izolācijas fāze "maģiskajā leņķī" bija daļēji piepildīta. Pētnieku grupa konstatēja, ka šis ir Mott izolators (izolators ar supravadītām īpašībām), kam ir supravadītspēja nedaudz augstākos un zemākos dopinga līmeņos. Fāzes diagramma parāda augstas temperatūras supravadītāju starp supravadītāja pārejas temperatūru (Tc) un Fermi temperatūru (Tf). Šis pētījums izraisīja lielu interesi un teorētiskas diskusijas par grafēna joslu struktūru, topoloģiju un papildu "Magic Angle" pusvadītāju sistēmām. Salīdzinot ar sākotnējo teorētisko ziņojumu, eksperimentālie pētījumi ir reti un ir tikko sākušies. Šajā pētījumā komanda veica transmisijas mērījumus "maģiskā leņķa" savītā divslāņu grafēnam, parādot attiecīgos izolācijas un supravadīšanas stāvokļus.
Negaidīti izkropļotais leņķis 0, 93 ± 0, 01, kas ir par 15% mazāks nekā noteiktais "maģiskais leņķis", ir arī mazākais līdz šim ziņots, un tam piemīt supravadīšanas īpašības. Šie rezultāti liecina, ka jaunais korelācijas stāvoklis var parādīties “Magic Angle” savītajā divslāņu grafēnā, kas ir zemāks par primāro “maģisko leņķi”, ārpus pirmās grafēna mikrosloksnes. Lai izveidotu šīs “burvju raga” savītās divslāņu grafēna ierīces, komanda izmantoja “noplēst un sakraut” pieeju. Struktūra starp sešstūra bora nitrīda (BN) slāņiem ir iekapsulēta; veidots Halla stieņa ģeometrijā ar vairākiem vadiem, kas savienoti ar Cr/Au (hroma/zelta) malu kontaktiem. Visa “Magic Angle” savītā divslāņu grafēna ierīce tika izgatavota virs grafēna slāņa, ko izmantoja kā aizmugurējos vārtus.
Zinātnieki izmanto standarta līdzstrāvas (DC) un maiņstrāvas (AC) bloķēšanas metodes, lai mērītu ierīces sūknējamos HE4 un HE3 kriostatos. Komanda reģistrēja saistību starp ierīces garenisko pretestību (Rxx) un paplašināto vārtu sprieguma (VG) diapazonu un aprēķināja magnētisko lauku B 1,7 K temperatūrā. Tika novērots, ka neliela elektronu cauruma asimetrija ir “Magic Angle” savītā divslāņu grafēna ierīces īpašība. Kā novērots iepriekšējos ziņojumos, komanda reģistrēja šos rezultātus un sīki izklāstīja ziņojumus, kas līdz šim ir bijuši supravadītāji. Raksturīgais "Magic Angle" izmaina divslāņu grafēna ierīces minimālo vērpes leņķi. Rūpīgāk izpētot Landau fanu diagrammu, pētnieki ieguva dažas ievērojamas iezīmes.
Piemēram, maksimums pie pusaizpildījuma un Landau līmeņa divkāršā deģenerācija atbilst iepriekš novērotajiem Moment līdzīgajiem izolācijas stāvokļiem. Komanda parādīja aptuvenās griešanās ielejas SU (4) simetrijas pārtraukumu un jaunas kvazidaļiņu Fermi virsmas veidošanos. Tomēr detaļas prasa sīkāku pārbaudi. Tika novērota arī supravadītspējas parādīšanās, kas palielināja Rxx (gareniskā pretestība), līdzīgi kā iepriekšējie pētījumi. Pēc tam komanda pārbaudīja supravadīšanas fāzes kritisko temperatūru (Tc). Tā kā netika iegūti dati par supravadītāju optimālo dopingu šajā paraugā, zinātnieki pieņēma kritisko temperatūru līdz 0,5 K. Tomēr šīs ierīces kļūst neefektīvas, līdz tās spēj iegūt skaidrus datus no supravadītāja stāvokļa. Lai turpinātu pētīt supravadīšanas stāvokli, pētnieki izmērīja ierīces četru galu sprieguma-strāvas (VI) raksturlielumus dažādos nesēja blīvumos.
Iegūtā pretestība parāda, ka superstrāva tiek novērota lielākā blīvuma diapazonā, un parāda superstrāvas nomākšanu, ja tiek pielietots paralēls magnētiskais lauks. Lai gūtu ieskatu pētījumā novērotajā uzvedībā, pētnieki aprēķināja “Magic Angle” savītā divslāņu grafēna ierīces Moir joslas struktūru, izmantojot Bistritzer-MacDonald modeli un uzlabotus parametrus. Salīdzinot ar iepriekšējo leņķa “Magic Angle” aprēķinu, aprēķinātā zemas enerģijas Muarē josla nav izolēta no augstas enerģijas joslas. Lai gan ierīces pagrieziena leņķis ir mazāks par citur aprēķināto “maģiskā leņķa” leņķi, ierīcei ir parādība, kas ir cieši saistīta ar iepriekšējiem pētījumiem (Mort izolācija un supravadītspēja), ko fiziķi atzina par negaidītu un realizējamu.
Pēc turpmākas uzvedības novērtēšanas pie liela blīvuma (katrā enerģijā pieejamo stāvokļu skaits), zinātnieku novērotās īpašības tiek attiecinātas uz jaunizveidotajiem saistītajiem izolācijas stāvokļiem. Nākotnē tiks veikts detalizētāks stāvokļu blīvuma (DOS) pētījums, lai izprastu izolācijas nepāra stāvokli un noteiktu, vai tos var klasificēt kā kvantu griešanās šķidrumus. Tādā veidā zinātnieki novēroja supravadītspēju netālu no Mox līdzīga izolācijas stāvokļa savītā divslāņu grafēna ierīcē ar nelielu pagrieziena leņķi (0,93 °). Šis pētījums parāda, ka pat pie tik maziem leņķiem un lieliem blīvumiem elektronu korelācijas ietekme uz muarē īpašībām ir vienāda. Nākotnē tiks pētītas izolācijas fāzes griešanās ielejas, un tiks pētīta jauna supravadīšanas fāze zemākā temperatūrā. Eksperimentālie pētījumi tiks apvienoti ar teorētiskiem centieniem izprast šīs uzvedības izcelsmi.
Publicēšanas laiks: 08.10.2019