ग्राफीन सुपरकंडक्टिव्हिटी अधिक आकर्षक आहे! नवीनतम शोध: ग्राफीनमधील “जादूच्या कोनाची” श्रेणी अपेक्षेपेक्षा मोठी आहे

"मॅजिक अँगल" ट्विस्टेड बायलेयर ग्राफीन (TBLG) नावाच्या विज्ञान आणि क्वांटम फिजिक्सच्या विज्ञानातील मोहर पट्टे आणि सपाट पट्ट्यांच्या वर्तनाने शास्त्रज्ञांना खूप रस घेतला आहे, जरी अनेक गुणधर्मांना जोरदार वादाचा सामना करावा लागला. सायन्स प्रोग्रेस या जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेल्या नवीन अभ्यासात, एमिलियो कोलेडो आणि युनायटेड स्टेट्स आणि जपानमधील भौतिकशास्त्र आणि साहित्य विज्ञान विभागातील शास्त्रज्ञांनी ट्विस्टेड बिलेयर ग्राफीनमध्ये सुपरकंडक्टिव्हिटी आणि सादृश्यता पाहिली. मॉट इन्सुलेटर अवस्थेत सुमारे 0.93 अंशांचा वळण कोन असतो. हा कोन मागील अभ्यासात मोजलेल्या “जादू कोन” कोनापेक्षा (1.1°) 15% लहान आहे. हा अभ्यास दर्शवितो की ट्विस्टेड बिलेयर ग्राफीनची “जादू कोन” श्रेणी पूर्वीच्या अपेक्षेपेक्षा मोठी आहे.

हा अभ्यास क्वांटम भौतिकशास्त्रातील अनुप्रयोगांसाठी ट्विस्टेड बिलेयर ग्राफीनमधील मजबूत क्वांटम घटनांचा उलगडा करण्यासाठी नवीन माहितीचा खजिना प्रदान करतो. भौतिकशास्त्रज्ञांनी "ट्विस्ट्रोनिक्स" ची व्याख्या शेजारील व्हॅन डेर वॉल्स स्तरांमधील सापेक्ष वळण कोन म्हणून केली आहे ज्यामुळे ग्राफीनमध्ये मोइरे आणि सपाट बँड तयार होतात. वर्तमान प्रवाह साध्य करण्यासाठी द्विमितीय सामग्रीवर आधारित डिव्हाइस गुणधर्म लक्षणीयपणे बदलण्यासाठी आणि सानुकूलित करण्यासाठी ही संकल्पना एक नवीन आणि अद्वितीय पद्धत बनली आहे. "ट्विस्ट्रोनिक्स" चा उल्लेखनीय प्रभाव संशोधकांच्या अग्रगण्य कार्यात उदाहरणादाखल दिला गेला, हे दाखवून दिले की जेव्हा दोन सिंगल-लेयर ग्राफीन लेयर θ=1.1±0.1° च्या "जादूच्या कोनात" ट्विस्ट अँगलवर स्टॅक केले जातात तेव्हा एक अतिशय सपाट बँड दिसून येतो. .

या अभ्यासात, ट्विस्टेड बिलेयर ग्राफीन (TBLG) मध्ये, “जादूच्या कोनात” सुपरलॅटिसच्या पहिल्या मायक्रोस्ट्रिपचा (स्ट्रक्चरल वैशिष्ट्य) इन्सुलेटिंग टप्पा अर्ध-भरलेला होता. संशोधन कार्यसंघाने निर्धारित केले की हे एक मॉट इन्सुलेटर आहे (अतिसंवाहक गुणधर्मांसह एक इन्सुलेटर) जो किंचित जास्त आणि कमी डोपिंग स्तरांवर सुपरकंडक्टिव्हिटी प्रदर्शित करतो. फेज डायग्राम सुपरकंडक्टिंग ट्रान्झिशन तापमान (Tc) आणि फर्मी तापमान (Tf) मधील उच्च तापमान सुपरकंडक्टर दर्शवितो. या संशोधनामुळे ग्राफीन बँड स्ट्रक्चर, टोपोलॉजी आणि अतिरिक्त "मॅजिक अँगल" सेमीकंडक्टर सिस्टीमवर मोठ्या प्रमाणात स्वारस्य आणि सैद्धांतिक वादविवाद झाला. मूळ सैद्धांतिक अहवालाच्या तुलनेत, प्रायोगिक संशोधन दुर्मिळ आहे आणि ते नुकतेच सुरू झाले आहे. या अभ्यासात, टीमने संबंधित इन्सुलेटिंग आणि सुपरकंडक्टिंग अवस्था दर्शविणाऱ्या “जादूच्या कोन” ट्विस्टेड बिलेयर ग्राफीनवर ट्रान्समिशन मापन केले.

0.93 ± 0.01 चा अनपेक्षितपणे विकृत कोन, जो स्थापित "जादूच्या कोना" पेक्षा 15% लहान आहे, तो देखील आजपर्यंतचा सर्वात लहान नोंदवला गेला आहे आणि सुपरकंडक्टिंग गुणधर्म प्रदर्शित करतो. हे परिणाम सूचित करतात की नवीन सहसंबंध स्थिती "मॅजिक अँगल" ट्विस्टेड बायलेयर ग्राफीनमध्ये दिसू शकते, जी प्राथमिक "जादूच्या कोना" पेक्षा कमी, ग्राफीनच्या पहिल्या मायक्रोस्ट्रिपच्या पलीकडे आहे. हे “मॅजिक हॉर्न” ट्विस्टेड बायलेयर ग्राफीन उपकरणे तयार करण्यासाठी, टीमने “टीअर अँड स्टॅक” दृष्टिकोन वापरला. षटकोनी बोरॉन नायट्राइड (BN) थरांमधील रचना अंतर्भूत आहे; Cr/Au (क्रोमियम/गोल्ड) एज कॉन्टॅक्टला जोडलेल्या एकाधिक वायरसह हॉल रॉड भूमितीमध्ये नमुना केलेला. संपूर्ण “मॅजिक एंगल” ट्विस्टेड बायलेयर ग्राफीन उपकरण बॅक गेट म्हणून वापरल्या जाणाऱ्या ग्राफीन लेयरच्या वर बनवले गेले.

शास्त्रज्ञ मानक डायरेक्ट करंट (DC) आणि अल्टरनेटिंग करंट (AC) लॉकिंग तंत्रे पंप केलेल्या HE4 आणि HE3 क्रायोस्टॅट्समध्ये उपकरणे मोजण्यासाठी वापरतात. टीमने यंत्राच्या अनुदैर्ध्य प्रतिकार (Rxx) आणि विस्तारित गेट व्होल्टेज (VG) श्रेणीमधील संबंध रेकॉर्ड केले आणि 1.7K तापमानात चुंबकीय क्षेत्र B ची गणना केली. लहान इलेक्ट्रॉन-होल असममितता "मॅजिक अँगल" ट्विस्टेड बायलेयर ग्राफीन उपकरणाची जन्मजात गुणधर्म असल्याचे दिसून आले. मागील अहवालांमध्ये पाहिल्याप्रमाणे, संघाने हे परिणाम नोंदवले आणि आतापर्यंत अतिसंवाहक असलेल्या अहवालांचे तपशीलवार वर्णन केले. वैशिष्ट्यपूर्ण “मॅजिक एंगल” बायलेयर ग्राफीन उपकरणाचा किमान टॉर्शन कोन फिरवतो. लँडाऊ फॅन चार्टचे बारकाईने परीक्षण करून, संशोधकांना काही उल्लेखनीय वैशिष्ट्ये मिळाली.

उदाहरणार्थ, अर्ध्या भरावावरील शिखर आणि लँडौ पातळीची दुप्पट अधोगती पूर्वी निरीक्षण केलेल्या क्षणासारखी इन्सुलेशन अवस्थांशी सुसंगत आहे. संघाने अंदाजे स्पिन व्हॅली SU(4) च्या सममितीमध्ये ब्रेक आणि नवीन अर्ध-कण फर्मी पृष्ठभागाची निर्मिती दर्शविली. तथापि, तपशील अधिक तपशीलवार तपासणी आवश्यक आहे. सुपरकंडक्टिव्हिटीचा देखावा देखील दिसून आला, ज्याने मागील अभ्यासांप्रमाणेच Rxx (रेखांशाचा प्रतिकार) वाढविला. त्यानंतर टीमने सुपरकंडक्टिंग टप्प्याचे गंभीर तापमान (Tc) तपासले. या नमुन्यातील सुपरकंडक्टर्सच्या इष्टतम डोपिंगसाठी कोणताही डेटा प्राप्त झाला नसल्यामुळे, शास्त्रज्ञांनी 0.5K पर्यंत गंभीर तापमान गृहीत धरले. तथापि, सुपरकंडक्टिंग स्थितीतून स्पष्ट डेटा प्राप्त करण्यास सक्षम होईपर्यंत ही उपकरणे कुचकामी ठरतात. सुपरकंडक्टिंग स्थितीची अधिक तपासणी करण्यासाठी, संशोधकांनी वेगवेगळ्या वाहक घनतेवर उपकरणाची चार-टर्मिनल व्होल्टेज-करंट (VI) वैशिष्ट्ये मोजली.

प्राप्त केलेला प्रतिकार दर्शवितो की सुपर करंट मोठ्या घनतेच्या श्रेणीवर पाळला जातो आणि समांतर चुंबकीय क्षेत्र लागू केल्यावर सुपर करंटचे सप्रेशन दाखवते. अभ्यासात आढळलेल्या वर्तनाची अंतर्दृष्टी प्राप्त करण्यासाठी, संशोधकांनी बिस्ट्रिट्झर-मॅकडोनाल्ड मॉडेल आणि सुधारित पॅरामीटर्स वापरून "जादूच्या कोन" ट्विस्टेड बिलेयर ग्राफीन उपकरणाच्या मोइर बँड रचनाची गणना केली. “मॅजिक अँगल” कोनाच्या मागील गणनेच्या तुलनेत, मोजलेला कमी उर्जा मोयर बँड उच्च उर्जा बँडपासून वेगळा केलेला नाही. डिव्हाइसचा वळण कोन इतरत्र मोजलेल्या “जादू कोन” कोनापेक्षा लहान असला तरी, डिव्हाइसमध्ये एक घटना आहे जी मागील अभ्यासांशी (मॉर्ट इन्सुलेशन आणि सुपरकंडक्टिव्हिटी) मजबूतपणे संबंधित आहे, जी भौतिकशास्त्रज्ञांना अनपेक्षित आणि व्यवहार्य असल्याचे आढळले.

मोठ्या घनतेवर (प्रत्येक ऊर्जेवर उपलब्ध राज्यांची संख्या) वर्तनाचे पुढील मूल्यमापन केल्यानंतर, शास्त्रज्ञांनी पाहिलेली वैशिष्ट्ये नवीन उदयोन्मुख संबंधित इन्सुलेशन अवस्थांशी संबंधित आहेत. भविष्यात, इन्सुलेशनची विषम स्थिती समजून घेण्यासाठी आणि त्यांना क्वांटम स्पिन लिक्विड्स म्हणून वर्गीकृत करता येईल का हे निर्धारित करण्यासाठी राज्यांच्या घनतेचा (DOS) अधिक तपशीलवार अभ्यास केला जाईल. अशाप्रकारे, शास्त्रज्ञांनी एका लहान वळणाच्या कोनासह (0.93°) वळण घेतलेल्या बाईलेयर ग्राफीन यंत्रामध्ये मॉक्स सारख्या इन्सुलेटिंग अवस्थेजवळ सुपरकंडक्टिव्हिटीचे निरीक्षण केले. हा अभ्यास दर्शवितो की अशा लहान कोनांवर आणि उच्च घनतेवरही, मोइरेच्या गुणधर्मांवर इलेक्ट्रॉन सहसंबंधाचा प्रभाव समान असतो. भविष्यात, इन्सुलेटिंग टप्प्याच्या स्पिन व्हॅलीचा अभ्यास केला जाईल आणि कमी तापमानात नवीन सुपरकंडक्टिंग टप्प्याचा अभ्यास केला जाईल. या वर्तनाचे मूळ समजून घेण्यासाठी सैद्धांतिक प्रयत्नांसह प्रायोगिक संशोधन एकत्र केले जाईल.