Oppførselen til Mohr-striper og flate belter i vitenskapen om vitenskap og kvantefysikk kalt "Magic Angle" vridd tolagsgrafen (TBLG) har tiltrukket seg stor interesse fra forskere, selv om mange egenskaper står overfor heftig debatt. I en ny studie publisert i tidsskriftet Science Progress, observerte Emilio Colledo og forskere ved Institutt for fysikk og materialvitenskap i USA og Japan superledning og analogi i vridd tolags grafen. Mott-isolatortilstanden har en vridningsvinkel på omtrent 0,93 grader. Denne vinkelen er 15 % mindre enn den "magiske vinkel"-vinkelen (1,1°) beregnet i forrige studie. Denne studien viser at det "magiske vinkelområdet" til vridd tolags grafen er større enn tidligere forventet.
Denne studien gir et vell av ny informasjon for å tyde de sterke kvantefenomenene i vridd tolagsgrafen for bruk i kvantefysikk. Fysikere definerer "Twistronics" som den relative vrivinkelen mellom tilstøtende van der Waals-lag for å produsere moiré og flate bånd i grafen. Dette konseptet har blitt en ny og unik metode for å betydelig endre og tilpasse enhetsegenskaper basert på todimensjonale materialer for å oppnå strømflyt. Den bemerkelsesverdige effekten av "Twistronics" ble eksemplifisert i forskernes banebrytende arbeid, og demonstrerte at når to enkeltlags grafenlag stables i en "magisk vinkel" vrivinkel på θ=1,1±0,1°, vises et veldig flatt bånd. .
I denne studien, i vridd tolagsgrafen (TBLG), var den isolerende fasen til den første mikrostripen (strukturtrekk) til supergitteret ved den "magiske vinkelen" halvfylt. Forskerteamet slo fast at dette er en Mott-isolator (en isolator med superledende egenskaper) som viser superledning ved litt høyere og lavere dopingnivåer. Fasediagrammet viser høytemperatursuperlederen mellom den superledende overgangstemperaturen (Tc) og Fermi-temperaturen (Tf). Denne forskningen førte til stor interesse og teoretisk debatt om grafenbåndstruktur, topologi og ytterligere "Magic Angle" halvledersystemer. Sammenlignet med den originale teoretiske rapporten er eksperimentell forskning sjelden og har akkurat begynt. I denne studien utførte teamet transmisjonsmålinger på den "magiske vinkelen" vridd tolags grafen som viser de relevante isolerende og superledende tilstandene.
En uventet forvrengt vinkel på 0,93 ± 0,01, som er 15 % mindre enn den etablerte "Magiske vinkelen", er også den minste rapporterte til dags dato og viser superledende egenskaper. Disse resultatene indikerer at den nye korrelasjonstilstanden kan vises i "Magic Angle" vridd tolags grafen, lavere enn den primære "magiske vinkelen", utover den første mikrostripen av grafen. For å bygge disse "magiske horn"-vridd tolags grafen-enhetene, brukte teamet en "riv og stabel"-tilnærming. Strukturen mellom de sekskantede bornitridlagene (BN) er innkapslet; mønstret til en Hall-stanggeometri med flere ledninger koblet til Cr/Au (krom/gull) kantkontakter. Hele "Magic Angle" vridde tolags grafenanordning ble laget på toppen av grafenlaget som ble brukt som bakport.
Forskere bruker standard likestrøm (DC) og vekselstrøm (AC) låseteknikker for å måle enheter i pumpede HE4- og HE3-kryostater. Teamet registrerte forholdet mellom enhetens langsgående motstand (Rxx) og det utvidede portspenningsområdet (VG) og beregnet magnetfeltet B ved en temperatur på 1,7K. Lite elektron-hull-asymmetri ble observert å være en iboende egenskap til "Magic Angle" vridd tolags grafenanordning. Som observert i tidligere rapporter, registrerte teamet disse resultatene og detaljerte rapportene som har vært superledende så langt. Den karakteristiske "Magic Angle" vrir minimum torsjonsvinkelen til tolags grafenenheten. Med en nærmere undersøkelse av Landau-fankartet fikk forskerne noen bemerkelsesverdige egenskaper.
For eksempel er toppen ved halvfylling og den dobbelte degenerasjonen av Landau-nivået i samsvar med de tidligere observerte Moment-lignende isolasjonstilstandene. Teamet viste et brudd i symmetrien til den omtrentlige spinndalen SU(4) og dannelsen av en ny kvasipartikkel Fermi-overflate. Detaljene krever imidlertid en mer detaljert inspeksjon. Utseendet til superledning ble også observert, noe som økte Rxx (langsgående motstand), i likhet med tidligere studier. Teamet undersøkte deretter den kritiske temperaturen (Tc) i den superledende fasen. Siden det ikke ble innhentet data for optimal doping av superledere i denne prøven, antok forskerne en kritisk temperatur på opptil 0,5K. Imidlertid blir disse enhetene ineffektive før de er i stand til å få klare data fra den superledende tilstanden. For å undersøke den superledende tilstanden ytterligere, målte forskerne de fire-terminale spenningsstrømkarakteristikkene (VI) til enheten ved forskjellige bærertettheter.
Resistansen som er oppnådd viser at superstrøm observeres over et større tetthetsområde og viser undertrykkelse av superstrøm når et parallelt magnetfelt påføres. For å få innsikt i oppførselen observert i studien, beregnet forskerne Moir-båndstrukturen til "Magic Angle" vridd tolags grafenenhet ved å bruke Bistritzer-MacDonald-modellen og forbedrede parametere. Sammenlignet med den forrige beregningen av "Magic Angle"-vinkelen, er det beregnede lavenergi-moirébåndet ikke isolert fra høyenergibåndet. Selv om enhetens vrivinkel er mindre enn den "magiske vinkel"-vinkelen beregnet andre steder, har enheten et fenomen som er sterkt relatert til tidligere studier (Mort-isolasjon og superledning), som fysikere fant å være uventet og gjennomførbart.
Etter ytterligere evaluering av oppførselen ved store tettheter (antall tilstander tilgjengelig for hver energi), tilskrives egenskapene observert av forskerne til de nylig fremvoksende assosiasjonstilstandene. I fremtiden vil en mer detaljert studie av tetthet av tilstander (DOS) bli utført for å forstå den merkelige tilstanden til isolasjon og for å avgjøre om de kan klassifiseres som kvantespinnvæsker. På denne måten observerte forskere superledning nær den Mox-lignende isolasjonstilstanden i en vridd tolags grafenenhet med en liten vrivinkel (0,93°). Denne studien viser at selv ved så små vinkler og høye tettheter, er effekten av elektronkorrelasjon på egenskapene til moiré den samme. I fremtiden skal spinndalene i isolasjonsfasen studeres, og en ny superledende fase skal studeres ved lavere temperatur. Eksperimentell forskning vil bli kombinert med teoretisk innsats for å forstå opprinnelsen til denne atferden.
Innleggstid: Okt-08-2019