O comportamento das listras de Mohr e cinturões planos na ciência da ciência e da física quântica, chamado de grafeno de bicamada torcida de “Ângulo Mágico” (TBLG), atraiu grande interesse dos cientistas, embora muitas propriedades enfrentem um debate acalorado. Em um novo estudo publicado na revista Science Progress, Emilio Colledo e cientistas do Departamento de Física e Ciência de Materiais dos Estados Unidos e do Japão observaram supercondutividade e analogia no grafeno de bicamada torcida. O estado do isolador Mott tem um ângulo de torção de cerca de 0,93 graus. Este ângulo é 15% menor que o ângulo do “ângulo mágico” (1,1°) calculado no estudo anterior. Este estudo mostra que a faixa do “ângulo mágico” do grafeno de bicamada torcida é maior do que o esperado anteriormente.
Este estudo fornece uma riqueza de novas informações para decifrar os fortes fenômenos quânticos no grafeno de bicamada torcida para aplicações em física quântica. Os físicos definem “Twistronics” como o ângulo de torção relativo entre camadas adjacentes de van der Waals para produzir moiré e bandas planas no grafeno. Este conceito tornou-se um método novo e único para alterar e personalizar significativamente as propriedades do dispositivo com base em materiais bidimensionais para obter o fluxo de corrente. O efeito notável da “Twistronics” foi exemplificado no trabalho pioneiro dos pesquisadores, demonstrando que quando duas camadas de grafeno de camada única são empilhadas em um ângulo de torção de “ângulo mágico” de θ = 1,1 ± 0,1°, aparece uma banda muito plana. .
Neste estudo, no grafeno de bicamada torcida (TBLG), a fase isolante da primeira microfita (característica estrutural) da superrede no “ângulo mágico” foi semipreenchida. A equipe de pesquisa determinou que este é um isolador Mott (um isolante com propriedades supercondutoras) que exibe supercondutividade em níveis de dopagem ligeiramente superiores e inferiores. O diagrama de fases mostra o supercondutor de alta temperatura entre a temperatura de transição supercondutora (Tc) e a temperatura de Fermi (Tf). Esta pesquisa gerou grande interesse e debate teórico sobre a estrutura da banda de grafeno, topologia e sistemas semicondutores adicionais de “Ângulo Mágico”. Comparada com o relatório teórico original, a pesquisa experimental é rara e está apenas começando. Neste estudo, a equipe conduziu medições de transmissão no grafeno de bicamada torcida de “ângulo mágico”, mostrando os estados isolantes e supercondutores relevantes.
Um ângulo inesperadamente distorcido de 0,93 ± 0,01, que é 15% menor que o “Ângulo Mágico” estabelecido, também é o menor relatado até o momento e exibe propriedades supercondutoras. Estes resultados indicam que o novo estado de correlação pode aparecer no grafeno de bicamada torcida “Ângulo Mágico”, inferior ao “ângulo mágico” primário, além da primeira microfaixa de grafeno. Para construir esses dispositivos de grafeno de dupla camada torcida “chifre mágico”, a equipe usou uma abordagem de “rasgar e empilhar”. A estrutura entre as camadas hexagonais de nitreto de boro (BN) é encapsulada; padronizado em uma geometria de haste Hall com vários fios acoplados a contatos de borda Cr/Au (cromo/ouro). Todo o dispositivo de grafeno de bicamada torcida “Magic Angle” foi fabricado no topo da camada de grafeno usada como porta traseira.
Os cientistas usam técnicas padrão de bloqueio de corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA) para medir dispositivos em criostatos HE4 e HE3 bombeados. A equipe registrou a relação entre a resistência longitudinal do dispositivo (Rxx) e a faixa estendida de tensão da porta (VG) e calculou o campo magnético B a uma temperatura de 1,7K. Observou-se que a pequena assimetria de elétron-buraco é uma propriedade inerente do dispositivo de grafeno de bicamada torcida “Magic Angle”. Conforme observado em relatórios anteriores, a equipe registrou esses resultados e detalhou os relatórios que foram supercondutores até agora. A característica “Ângulo Mágico” distorce o ângulo de torção mínimo do dispositivo de grafeno bicamada. Com um exame mais detalhado do leque de Landau, os pesquisadores obtiveram algumas características notáveis.
Por exemplo, o pico na metade do preenchimento e a degeneração dupla do nível de Landau são consistentes com os estados de isolamento semelhantes a momentos observados anteriormente. A equipe mostrou uma quebra na simetria do vale de spin aproximado SU(4) e a formação de uma nova superfície de Fermi quase-partícula. No entanto, os detalhes exigem uma inspeção mais detalhada. Também foi observado o aparecimento de supercondutividade, o que aumentou a Rxx (resistência longitudinal), semelhante a estudos anteriores. A equipe então examinou a temperatura crítica (Tc) da fase supercondutora. Como não foram obtidos dados para a dopagem ideal de supercondutores nesta amostra, os cientistas assumiram uma temperatura crítica de até 0,5K. No entanto, estes dispositivos tornam-se ineficazes até que sejam capazes de obter dados claros do estado supercondutor. Para investigar melhor o estado supercondutor, os pesquisadores mediram as características de tensão-corrente (VI) de quatro terminais do dispositivo em diferentes densidades de portadoras.
A resistência obtida mostra que a supercorrente é observada em uma faixa de densidade maior e mostra a supressão da supercorrente quando um campo magnético paralelo é aplicado. Para obter informações sobre o comportamento observado no estudo, os pesquisadores calcularam a estrutura da banda Moir do dispositivo de grafeno de bicamada torcida “Magic Angle” usando o modelo Bistritzer-MacDonald e parâmetros aprimorados. Em comparação com o cálculo anterior do ângulo “Magic Angle”, a banda Moire de baixa energia calculada não está isolada da banda de alta energia. Embora o ângulo de torção do dispositivo seja menor do que o ângulo do “ângulo mágico” calculado em outro lugar, o dispositivo tem um fenômeno que está fortemente relacionado a estudos anteriores (isolamento de Mort e supercondutividade), que os físicos consideraram inesperado e viável.
Depois de avaliar melhor o comportamento em grandes densidades (o número de estados disponíveis em cada energia), as características observadas pelos cientistas são atribuídas aos estados de isolamento associados emergentes. No futuro, um estudo mais detalhado da densidade de estados (DOS) será realizado para compreender os estranhos estados de isolamento e determinar se eles podem ser classificados como líquidos de spin quântico. Desta forma, os cientistas observaram supercondutividade próxima ao estado de isolamento semelhante ao Mox em um dispositivo de grafeno de dupla camada torcida com um pequeno ângulo de torção (0,93°). Este estudo mostra que mesmo em ângulos tão pequenos e em altas densidades, o efeito da correlação eletrônica nas propriedades do moiré é o mesmo. Futuramente, serão estudados os vales de spin da fase isolante, e uma nova fase supercondutora será estudada a uma temperatura mais baixa. A pesquisa experimental será combinada com esforços teóricos para compreender a origem deste comportamento.
Horário da postagem: 08 de outubro de 2019