ഗ്രാഫീൻ സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിവിറ്റി കൂടുതൽ ആകർഷകമാണ്! ഏറ്റവും പുതിയ കണ്ടെത്തൽ: ഗ്രാഫീനിലെ "മാജിക് ആംഗിൾ" പരിധി പ്രതീക്ഷിച്ചതിലും വലുതാണ്

"മാജിക് ആംഗിൾ" ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ (TBLG) എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന ശാസ്ത്രത്തിലെയും ക്വാണ്ടം ഫിസിക്സിലെയും മൊഹർ സ്ട്രൈപ്പുകളുടെയും ഫ്ലാറ്റ് ബെൽറ്റുകളുടെയും സ്വഭാവം ശാസ്ത്രജ്ഞരിൽ നിന്ന് വലിയ താൽപ്പര്യം ആകർഷിച്ചു, എന്നിരുന്നാലും പല പ്രോപ്പർട്ടികൾ ചൂടേറിയ ചർച്ചകൾ നേരിടുന്നു. സയൻസ് പ്രോഗ്രസ് ജേണലിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പുതിയ പഠനത്തിൽ, എമിലിയോ കൊളെഡോയും യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിലെയും ജപ്പാനിലെയും ഫിസിക്സ് ആൻഡ് മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസ് വകുപ്പിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞരും വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിലെ സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിവിറ്റിയും സാമ്യവും നിരീക്ഷിച്ചു. മൊട്ട് ഇൻസുലേറ്റർ സ്റ്റേറ്റിന് ഏകദേശം 0.93 ഡിഗ്രി കോണാണ്. ഈ ആംഗിൾ മുമ്പത്തെ പഠനത്തിൽ കണക്കാക്കിയ "മാജിക് ആംഗിൾ" കോണിനേക്കാൾ (1.1°) 15% ചെറുതാണ്. ഈ പഠനം കാണിക്കുന്നത് വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ്റെ "മാജിക് ആംഗിൾ" പരിധി മുമ്പ് പ്രതീക്ഷിച്ചതിലും വലുതാണ്.

ഈ പഠനം ക്വാണ്ടം ഫിസിക്സിലെ പ്രയോഗങ്ങൾക്കായി വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിലെ ശക്തമായ ക്വാണ്ടം പ്രതിഭാസങ്ങളെ മനസ്സിലാക്കാൻ പുതിയ വിവരങ്ങൾ നൽകുന്നു. ഗ്രാഫീനിൽ മോയറും ഫ്ലാറ്റ് ബാൻഡുകളും നിർമ്മിക്കുന്നതിന് അടുത്തുള്ള വാൻ ഡെർ വാൽസ് പാളികൾക്കിടയിലുള്ള ആപേക്ഷിക ട്വിസ്റ്റ് ആംഗിളാണ് "ട്വിസ്‌ട്രോണിക്സ്" എന്ന് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർ നിർവചിക്കുന്നത്. നിലവിലെ ഒഴുക്ക് കൈവരിക്കുന്നതിന് ദ്വിമാന മെറ്റീരിയലുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഉപകരണ സവിശേഷതകൾ ഗണ്യമായി മാറ്റുന്നതിനും ഇഷ്‌ടാനുസൃതമാക്കുന്നതിനുമുള്ള പുതിയതും സവിശേഷവുമായ ഒരു രീതിയായി ഈ ആശയം മാറിയിരിക്കുന്നു. "Twistronics" ൻ്റെ ശ്രദ്ധേയമായ പ്രഭാവം ഗവേഷകരുടെ പയനിയറിംഗ് പ്രവർത്തനങ്ങളിൽ ഉദാഹരിച്ചു, രണ്ട് ഒറ്റ-പാളി ഗ്രാഫീൻ പാളികൾ θ=1.1±0.1 ° എന്ന "മാജിക് ആംഗിൾ" ട്വിസ്റ്റ് കോണിൽ അടുക്കിയിരിക്കുമ്പോൾ, വളരെ ഫ്ലാറ്റ് ബാൻഡ് ദൃശ്യമാകുന്നു. .

ഈ പഠനത്തിൽ, ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിൽ (TBLG), "മാജിക് ആംഗിളിൽ" സൂപ്പർലാറ്റിസിൻ്റെ ആദ്യ മൈക്രോസ്ട്രിപ്പിൻ്റെ (ഘടനാപരമായ സവിശേഷത) ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഘട്ടം സെമി-ഫിൽ ചെയ്തു. ഇത് ഒരു മോട്ട് ഇൻസുലേറ്ററാണെന്ന് (സൂപ്പർ കണ്ടക്റ്റിംഗ് ഗുണങ്ങളുള്ള ഒരു ഇൻസുലേറ്റർ) ആണെന്ന് ഗവേഷണ സംഘം നിർണ്ണയിച്ചു, അത് അൽപ്പം ഉയർന്നതും താഴ്ന്നതുമായ ഡോപ്പിംഗ് തലങ്ങളിൽ സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിവിറ്റി പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു. ഘട്ടം ഡയഗ്രം സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് ട്രാൻസിഷൻ ടെമ്പറേച്ചറിനും (Tc) ഫെർമി താപനിലയ്ക്കും (Tf) ഇടയിലുള്ള ഉയർന്ന താപനില സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റർ കാണിക്കുന്നു. ഈ ഗവേഷണം ഗ്രാഫീൻ ബാൻഡ് ഘടന, ടോപ്പോളജി, അധിക "മാജിക് ആംഗിൾ" അർദ്ധചാലക സംവിധാനങ്ങൾ എന്നിവയിൽ വലിയ താൽപ്പര്യത്തിനും സൈദ്ധാന്തിക സംവാദത്തിനും കാരണമായി. യഥാർത്ഥ സൈദ്ധാന്തിക റിപ്പോർട്ടുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, പരീക്ഷണാത്മക ഗവേഷണം അപൂർവമാണ്, ഇപ്പോൾ ആരംഭിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ പഠനത്തിൽ, "മാജിക് ആംഗിൾ" വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിൽ, പ്രസക്തമായ ഇൻസുലേറ്റിംഗ്, സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് അവസ്ഥകൾ കാണിക്കുന്ന ട്രാൻസ്മിഷൻ അളവുകൾ ടീം നടത്തി.

സ്ഥാപിതമായ "മാജിക് ആംഗിൾ" എന്നതിനേക്കാൾ 15% ചെറുതായ 0.93 ± 0.01 എന്ന അപ്രതീക്ഷിതമായി വികലമായ ആംഗിൾ, ഇന്നുവരെ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ളതിൽ വച്ച് ഏറ്റവും ചെറിയതും സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് ഗുണങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നതുമാണ്. ഈ ഫലങ്ങൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നത്, ഗ്രാഫീനിൻ്റെ ആദ്യ മൈക്രോസ്ട്രിപ്പിന് അപ്പുറം പ്രാഥമിക "മാജിക് ആംഗിളിനേക്കാൾ" താഴെയുള്ള "മാജിക് ആംഗിൾ" വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിൽ പുതിയ പരസ്പര ബന്ധാവസ്ഥ ദൃശ്യമാകുമെന്നാണ്. ഈ "മാജിക് ഹോൺ" വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ, ടീം ഒരു "ടിയർ ആൻഡ് സ്റ്റാക്ക്" സമീപനം ഉപയോഗിച്ചു. ഷഡ്ഭുജാകൃതിയിലുള്ള ബോറോൺ നൈട്രൈഡ് (ബിഎൻ) പാളികൾക്കിടയിലുള്ള ഘടന പൊതിഞ്ഞതാണ്; Cr/Au (ക്രോമിയം/ഗോൾഡ്) എഡ്ജ് കോൺടാക്‌റ്റുകളുമായി ഒന്നിലധികം വയറുകളുള്ള ഒരു ഹാൾ വടി ജ്യാമിതിയിൽ പാറ്റേൺ ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു. മുഴുവൻ "മാജിക് ആംഗിൾ" വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണവും ബാക്ക് ഗേറ്റായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഗ്രാഫീൻ പാളിയുടെ മുകളിലാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്.

പമ്പ് ചെയ്ത HE4, HE3 ക്രയോസ്റ്റാറ്റുകളിലെ ഉപകരണങ്ങൾ അളക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ സ്റ്റാൻഡേർഡ് ഡയറക്ട് കറൻ്റ് (DC), ആൾട്ടർനേറ്റിംഗ് കറൻ്റ് (AC) ലോക്കിംഗ് ടെക്നിക്കുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഉപകരണത്തിൻ്റെ രേഖാംശ പ്രതിരോധവും (Rxx) വിപുലീകൃത ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജും (VG) ശ്രേണിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ടീം രേഖപ്പെടുത്തുകയും 1.7K താപനിലയിൽ കാന്തികക്ഷേത്രം B കണക്കാക്കുകയും ചെയ്തു. ചെറിയ ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ അസമമിതി "മാജിക് ആംഗിൾ" വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണത്തിൻ്റെ അന്തർലീനമായ സ്വത്താണെന്ന് നിരീക്ഷിച്ചു. മുൻ റിപ്പോർട്ടുകളിൽ നിരീക്ഷിച്ചതുപോലെ, ടീം ഈ ഫലങ്ങൾ രേഖപ്പെടുത്തുകയും ഇതുവരെ സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് നടത്തിയ റിപ്പോർട്ടുകൾ വിശദമായി വിവരിക്കുകയും ചെയ്തു. "മാജിക് ആംഗിൾ" എന്ന സ്വഭാവം ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണത്തിൻ്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ടോർഷൻ കോണിനെ വളച്ചൊടിക്കുന്നു. ലാൻഡൗ ഫാൻ ചാർട്ടിൻ്റെ സൂക്ഷ്മപരിശോധനയോടെ, ഗവേഷകർക്ക് ചില ശ്രദ്ധേയമായ സവിശേഷതകൾ ലഭിച്ചു.

ഉദാഹരണത്തിന്, ലാൻഡൗ ലെവലിൻ്റെ പകുതി നിറയുന്ന പീക്ക്, രണ്ട് മടങ്ങ് ഡീജനറസി എന്നിവ മുമ്പ് നിരീക്ഷിച്ച നിമിഷം പോലെയുള്ള ഇൻസുലേഷൻ അവസ്ഥകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. ഏകദേശ സ്പിൻ വാലി SU(4) യുടെ സമമിതിയിൽ ഒരു ഇടവേളയും ഒരു പുതിയ അർദ്ധകണിക ഫെർമി പ്രതലത്തിൻ്റെ രൂപീകരണവും ടീം കാണിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, വിശദാംശങ്ങൾക്ക് കൂടുതൽ വിശദമായ പരിശോധന ആവശ്യമാണ്. സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിവിറ്റിയുടെ രൂപവും നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു, ഇത് മുൻ പഠനങ്ങൾക്ക് സമാനമായി Rxx (രേഖാംശ പ്രതിരോധം) വർദ്ധിപ്പിച്ചു. തുടർന്ന് സംഘം സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് ഘട്ടത്തിലെ ക്രിട്ടിക്കൽ ടെമ്പറേച്ചർ (ടിസി) പരിശോധിച്ചു. ഈ സാമ്പിളിൽ സൂപ്പർകണ്ടക്ടറുകളുടെ ഒപ്റ്റിമൽ ഡോപ്പിംഗിനായി ഡാറ്റയൊന്നും ലഭിച്ചിട്ടില്ലാത്തതിനാൽ, ശാസ്ത്രജ്ഞർ 0.5K വരെ ഗുരുതരമായ താപനില അനുമാനിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് അവസ്ഥയിൽ നിന്ന് വ്യക്തമായ ഡാറ്റ ലഭിക്കുന്നതുവരെ ഈ ഉപകരണങ്ങൾ ഫലപ്രദമല്ല. സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് അവസ്ഥയെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ അന്വേഷിക്കാൻ, ഗവേഷകർ വിവിധ കാരിയർ സാന്ദ്രതകളിൽ ഉപകരണത്തിൻ്റെ നാല്-ടെർമിനൽ വോൾട്ടേജ്-കറൻ്റ് (VI) സവിശേഷതകൾ അളന്നു.

ലഭിച്ച പ്രതിരോധം ഒരു വലിയ സാന്ദ്രത പരിധിയിൽ സൂപ്പർ കറൻ്റ് നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നുവെന്നും ഒരു സമാന്തര കാന്തികക്ഷേത്രം പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ സൂപ്പർ വൈദ്യുതധാരയെ അടിച്ചമർത്തുന്നത് കാണിക്കുന്നുവെന്നും കാണിക്കുന്നു. പഠനത്തിൽ നിരീക്ഷിച്ച പെരുമാറ്റത്തെക്കുറിച്ച് ഉൾക്കാഴ്ച ലഭിക്കുന്നതിന്, ബിസ്‌ട്രിറ്റ്‌സർ-മക്‌ഡൊണാൾഡ് മോഡലും മെച്ചപ്പെട്ട പാരാമീറ്ററുകളും ഉപയോഗിച്ച് “മാജിക് ആംഗിൾ” വളച്ചൊടിച്ച ബിലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണത്തിൻ്റെ മോയർ ബാൻഡ് ഘടന ഗവേഷകർ കണക്കാക്കി. "മാജിക് ആംഗിൾ" കോണിൻ്റെ മുൻ കണക്കുകൂട്ടലുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, കണക്കുകൂട്ടിയ കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജമുള്ള മോയർ ബാൻഡ് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ബാൻഡിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചിട്ടില്ല. ഉപകരണത്തിൻ്റെ ട്വിസ്റ്റ് ആംഗിൾ മറ്റെവിടെയെങ്കിലും കണക്കാക്കിയ “മാജിക് ആംഗിൾ” കോണിനേക്കാൾ ചെറുതാണെങ്കിലും, ഉപകരണത്തിന് മുൻ പഠനങ്ങളുമായി (മോർട്ട് ഇൻസുലേഷനും സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിവിറ്റിയും) ശക്തമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ഒരു പ്രതിഭാസമുണ്ട്, ഇത് അപ്രതീക്ഷിതവും പ്രായോഗികവുമാണെന്ന് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർ കണ്ടെത്തി.

വലിയ സാന്ദ്രതയിലുള്ള സ്വഭാവത്തെ കൂടുതൽ വിലയിരുത്തിയ ശേഷം (ഓരോ ഊർജത്തിലും ലഭ്യമായ അവസ്ഥകളുടെ എണ്ണം), ശാസ്ത്രജ്ഞർ നിരീക്ഷിച്ച സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ പുതുതായി ഉയർന്നുവരുന്ന അനുബന്ധ ഇൻസുലേഷൻ അവസ്ഥകൾക്ക് കാരണമാകുന്നു. ഭാവിയിൽ, ഇൻസുലേഷൻ്റെ വിചിത്രമായ അവസ്ഥ മനസ്സിലാക്കാനും അവയെ ക്വാണ്ടം സ്പിൻ ദ്രാവകങ്ങളായി വർഗ്ഗീകരിക്കാനാകുമോ എന്ന് നിർണ്ണയിക്കാനും ഡെൻസിറ്റി ഓഫ് സ്റ്റേറ്റുകളെ കുറിച്ച് (DOS) കൂടുതൽ വിശദമായ പഠനം നടത്തും. ഈ രീതിയിൽ, ഒരു ചെറിയ ട്വിസ്റ്റ് ആംഗിളുള്ള (0.93°) വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണത്തിൽ മോക്സ് പോലെയുള്ള ഇൻസുലേറ്റിംഗ് അവസ്ഥയ്ക്ക് സമീപം ശാസ്ത്രജ്ഞർ സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിവിറ്റി നിരീക്ഷിച്ചു. അത്തരം ചെറിയ കോണുകളിലും ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയിലും പോലും, മോയറിൻ്റെ ഗുണങ്ങളിൽ ഇലക്ട്രോൺ പരസ്പര ബന്ധത്തിൻ്റെ സ്വാധീനം ഒന്നുതന്നെയാണെന്ന് ഈ പഠനം കാണിക്കുന്നു. ഭാവിയിൽ, ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഘട്ടത്തിൻ്റെ സ്പിൻ താഴ്വരകൾ പഠിക്കും, കൂടാതെ ഒരു പുതിയ സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് ഘട്ടം താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ പഠിക്കും. ഈ സ്വഭാവത്തിൻ്റെ ഉത്ഭവം മനസ്സിലാക്കുന്നതിനുള്ള സൈദ്ധാന്തിക ശ്രമങ്ങളുമായി പരീക്ഷണാത്മക ഗവേഷണം കൂട്ടിച്ചേർക്കും.