Tingkah laku jalur Mohr dan tali pinggang rata dalam sains sains dan fizik kuantum yang dipanggil "Sudut Ajaib" grafena dwilapis berpintal (TBLG) telah menarik minat yang besar daripada saintis, walaupun banyak hartanah menghadapi perdebatan hangat. Dalam kajian baru yang diterbitkan dalam jurnal Science Progress, Emilio Colledo dan saintis di Jabatan Fizik dan Sains Bahan di Amerika Syarikat dan Jepun memerhatikan superkonduktiviti dan analogi dalam graphene dwilapisan berpintal. Keadaan penebat Mott mempunyai sudut putar kira-kira 0.93 darjah. Sudut ini adalah 15% lebih kecil daripada sudut "sudut ajaib" (1.1°) yang dikira dalam kajian terdahulu. Kajian ini menunjukkan bahawa julat "sudut ajaib" graphene dwilapisan berpintal adalah lebih besar daripada yang dijangkakan sebelum ini.
Kajian ini menyediakan banyak maklumat baharu untuk menguraikan fenomena kuantum yang kuat dalam grafena dwilapisan berpintal untuk aplikasi dalam fizik kuantum. Ahli fizik mentakrifkan "Twistronics" sebagai sudut pusingan relatif antara lapisan van der Waals yang bersebelahan untuk menghasilkan jalur moiré dan rata dalam graphene. Konsep ini telah menjadi kaedah baharu dan unik untuk mengubah dan menyesuaikan sifat peranti dengan ketara berdasarkan bahan dua dimensi untuk mencapai aliran semasa. Kesan luar biasa "Twistronics" telah dicontohkan dalam kerja perintis penyelidik, menunjukkan bahawa apabila dua lapisan graphene satu lapisan disusun pada sudut putar "sudut ajaib" θ=1.1±0.1°, jalur yang sangat rata muncul. .
Dalam kajian ini, dalam graphene dwilapisan berpintal (TBLG), fasa penebat jalur mikro pertama (ciri struktur) superlattice pada "sudut ajaib" adalah separuh terisi. Pasukan penyelidik menentukan bahawa ini ialah penebat Mott (penebat dengan sifat superkonduktif) yang mempamerkan superkonduktiviti pada tahap doping yang lebih tinggi sedikit dan lebih rendah. Rajah fasa menunjukkan superkonduktor suhu tinggi antara suhu peralihan superkonduktor (Tc) dan suhu Fermi (Tf). Penyelidikan ini membawa kepada minat yang besar dan perdebatan teori tentang struktur jalur graphene, topologi dan sistem semikonduktor "Sudut Ajaib" tambahan. Berbanding dengan laporan teori asal, penyelidikan eksperimen jarang berlaku dan baru sahaja bermula. Dalam kajian ini, pasukan menjalankan pengukuran penghantaran pada "sudut ajaib" grafena dwilapis berpintal yang menunjukkan keadaan penebat dan superkonduktor yang berkaitan.
Sudut terherot yang tidak dijangka sebanyak 0.93 ± 0.01, iaitu 15% lebih kecil daripada "Sudut Ajaib" yang ditetapkan, juga merupakan yang paling kecil dilaporkan setakat ini dan mempamerkan sifat superkonduktor. Keputusan ini menunjukkan bahawa keadaan korelasi baharu boleh muncul dalam graphene dwilapisan "Sudut Ajaib", lebih rendah daripada "sudut ajaib" utama, melebihi jalur mikro pertama graphene. Untuk membina peranti graphene dwilapisan berpintal "tanduk ajaib" ini, pasukan menggunakan pendekatan "koyak dan timbunan". Struktur antara lapisan boron nitrida (BN) heksagon terkapsul; bercorak ke dalam geometri rod Hall dengan berbilang wayar yang digandingkan dengan sesentuh tepi Cr/Au (kromium/emas). Keseluruhan peranti graphene dwilapisan berpintal "Sudut Ajaib" telah direka di atas lapisan graphene yang digunakan sebagai pintu belakang.
Para saintis menggunakan teknik penguncian arus terus (DC) dan arus ulang alik (AC) standard untuk mengukur peranti dalam kriostat HE4 dan HE3 yang dipam. Pasukan itu merekodkan hubungan antara rintangan membujur peranti (Rxx) dan julat voltan pintu lanjutan (VG) dan mengira medan magnet B pada suhu 1.7K. Asimetri lubang elektron kecil diperhatikan sebagai sifat yang wujud pada peranti graphene dwilapisan berpintal "Sudut Ajaib". Seperti yang diperhatikan dalam laporan terdahulu, pasukan merekodkan keputusan ini dan memperincikan laporan yang telah superkonduktor setakat ini. Ciri "Sudut Ajaib" memutar sudut kilasan minimum peranti graphene dwilapisan. Dengan pemeriksaan lebih dekat terhadap carta peminat Landau, para penyelidik memperoleh beberapa ciri yang ketara.
Sebagai contoh, puncak pada separuh isian dan degenerasi dua kali ganda paras Landau adalah konsisten dengan keadaan penebat seperti Moment yang diperhatikan sebelum ini. Pasukan itu menunjukkan pemecahan dalam simetri lembah putaran anggaran SU(4) dan pembentukan permukaan Fermi kuasi-zarah baharu. Walau bagaimanapun, butiran memerlukan pemeriksaan yang lebih terperinci. Penampilan superkonduktiviti juga diperhatikan, yang meningkatkan Rxx (rintangan membujur), sama dengan kajian terdahulu. Pasukan itu kemudian memeriksa suhu kritikal (Tc) fasa superkonduktor. Oleh kerana tiada data diperoleh untuk doping optimum superkonduktor dalam sampel ini, saintis menganggap suhu kritikal sehingga 0.5K. Walau bagaimanapun, peranti ini menjadi tidak berkesan sehingga mereka dapat memperoleh data yang jelas daripada keadaan superkonduktor. Untuk menyiasat lebih lanjut keadaan superkonduktor, para penyelidik mengukur ciri voltan-arus (VI) empat terminal peranti pada ketumpatan pembawa yang berbeza.
Rintangan yang diperoleh menunjukkan bahawa arus super diperhatikan pada julat ketumpatan yang lebih besar dan menunjukkan penindasan arus super apabila medan magnet selari digunakan. Untuk mendapatkan gambaran tentang tingkah laku yang diperhatikan dalam kajian, para penyelidik mengira struktur jalur Moir bagi peranti graphene dwilapisan berpintal "Sudut Ajaib" menggunakan model Bistritzer-MacDonald dan parameter yang dipertingkatkan. Berbanding dengan pengiraan sudut "Sudut Ajaib" sebelumnya, jalur Moire tenaga rendah yang dikira tidak diasingkan daripada jalur tenaga tinggi. Walaupun sudut putar peranti lebih kecil daripada sudut "sudut ajaib" yang dikira di tempat lain, peranti ini mempunyai fenomena yang sangat berkaitan dengan kajian terdahulu (penebat Mort dan superkonduktiviti), yang didapati oleh ahli fizik sebagai tidak dijangka dan boleh dilaksanakan.
Selepas menilai lebih lanjut tingkah laku pada ketumpatan besar (bilangan keadaan yang tersedia pada setiap tenaga), ciri-ciri yang diperhatikan oleh saintis dikaitkan dengan keadaan penebat berkaitan yang baru muncul. Pada masa hadapan, kajian yang lebih terperinci tentang ketumpatan keadaan (DOS) akan dijalankan untuk memahami keadaan penebat ganjil dan untuk menentukan sama ada ia boleh diklasifikasikan sebagai cecair putaran kuantum. Dengan cara ini, saintis memerhatikan superkonduktiviti berhampiran keadaan penebat seperti Mox dalam peranti graphene dwilapisan berpintal dengan sudut pusingan kecil (0.93°). Kajian ini menunjukkan bahawa walaupun pada sudut yang kecil dan ketumpatan yang tinggi, kesan korelasi elektron ke atas sifat moiré adalah sama. Pada masa hadapan, lembah putaran fasa penebat akan dikaji, dan fasa superkonduktor baharu akan dikaji pada suhu yang lebih rendah. Penyelidikan eksperimen akan digabungkan dengan usaha teori untuk memahami asal usul tingkah laku ini.
Masa siaran: Okt-08-2019