O comportamento das listras de Mohr e cinturões planos na ciência e na física quântica, chamado de grafeno bicamada trançada de "Ângulo Mágico" (TBLG), tem atraído grande interesse entre os cientistas, embora muitas propriedades sejam alvo de debates acalorados. Em um novo estudo publicado na revista Science Progress, Emilio Colledo e cientistas do Departamento de Física e Ciência dos Materiais dos Estados Unidos e do Japão observaram supercondutividade e analogia no grafeno bicamada trançada. O estado isolante de Mohr tem um ângulo de torção de cerca de 0,93 graus. Esse ângulo é 15% menor do que o ângulo do "ângulo mágico" (1,1°) calculado no estudo anterior. Este estudo mostra que a faixa do "ângulo mágico" do grafeno bicamada trançada é maior do que o esperado anteriormente.
Este estudo fornece uma riqueza de novas informações para decifrar os fenômenos quânticos fortes em grafeno bicamada torcida para aplicações em física quântica. Físicos definem "Twistronics" como o ângulo de torção relativo entre camadas de van der Waals adjacentes para produzir moiré e bandas planas no grafeno. Este conceito tornou-se um método novo e único para alterar e personalizar significativamente as propriedades de dispositivos baseados em materiais bidimensionais para obter 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°, uma banda muito plana aparece.
Neste estudo, no grafeno de bicamada torcida (TBLG), a fase isolante da primeira microfita (característica estrutural) da superrede no "ângulo mágico" estava semipreenchida. A equipe de pesquisa determinou que este é um isolante de Mott (um isolante com propriedades supercondutoras) que exibe supercondutividade em níveis de dopagem ligeiramente mais altos e mais baixos. O diagrama de fase mostra o supercondutor de alta temperatura entre a temperatura de transição supercondutora (Tc) e a temperatura de Fermi (Tf). Esta pesquisa levou a um grande interesse e debate teórico sobre a estrutura de banda do grafeno, topologia e sistemas semicondutores de "Ângulo Mágico" adicionais. Comparado com o relatório teórico original, a pesquisa experimental é rara e apenas começou. Neste estudo, a equipe conduziu medições de transmissão no grafeno de bicamada torcida de "ângulo mágico", mostrando os estados isolante e supercondutor relevantes.
Um ângulo inesperadamente distorcido de 0,93 ± 0,01, que é 15% menor do que o "Ângulo Mágico" estabelecido, também é o menor relatado até o momento e exibe propriedades supercondutoras. Esses resultados indicam que o novo estado de correlação pode aparecer no grafeno de bicamada torcida "Ângulo Mágico", abaixo do "ângulo mágico" primário, além da primeira microfita de grafeno. Para construir esses dispositivos de grafeno de bicamada 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; padronizada em uma geometria de haste Hall com múltiplos fios acoplados a contatos de borda Cr/Au (cromo/ouro). Todo o dispositivo de grafeno de bicamada torcida "Ângulo Mágico" foi fabricado sobre a camada de grafeno usada como porta traseira.
Cientistas utilizam técnicas padrão de travamento 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 (Rxx) do dispositivo e a faixa de tensão de porta estendida (VG) e calculou o campo magnético B a uma temperatura de 1,7 K. Observou-se que a assimetria elétron-buraco pequena é uma propriedade inerente ao dispositivo de grafeno bicamada trançado "Magic Angle". Conforme observado em relatórios anteriores, a equipe registrou esses resultados e detalhou os relatórios que têm sido supercondutores até o momento. O "Magic Angle" característico torce o ângulo de torção mínimo do dispositivo de grafeno bicamada. Com um exame mais detalhado do diagrama de 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 do tipo Moment 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 requerem uma inspeção mais detalhada. O aparecimento de supercondutividade também foi observado, o que aumentou 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 presumiram uma temperatura crítica de até 0,5 K. No entanto, esses dispositivos se tornam ineficazes até que sejam capazes de obter dados claros do estado supercondutor. Para investigar mais a fundo o estado supercondutor, os pesquisadores mediram as características de tensão-corrente (VI) de quatro terminais do dispositivo em diferentes densidades de portadora.
A resistência obtida demonstra que a supercorrente é observada em uma faixa de densidade maior e demonstra 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 de Moir do dispositivo de grafeno bicamada torcida "Magic Angle" usando o modelo Bistritzer-MacDonald e parâmetros aprimorados. Comparado ao cálculo anterior do ângulo "Magic Angle", a banda de Moiré 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 "magic angle" calculado em outros lugares, o dispositivo apresenta um fenômeno fortemente relacionado a estudos anteriores (isolamento de Mort e supercondutividade), que os físicos consideraram inesperado e viável.
Após avaliar mais detalhadamente o comportamento em grandes densidades (o número de estados disponíveis em cada energia), as características observadas pelos cientistas são atribuídas aos novos estados de isolamento associados emergentes. No futuro, um estudo mais detalhado da densidade de estados (DOS) será conduzido para entender o estado ímpar de isolamento e determinar se eles podem ser classificados como líquidos de spin quânticos. Dessa forma, os cientistas observaram supercondutividade próxima ao estado isolante do tipo Mox em um dispositivo de grafeno bicamada torcida com um pequeno ângulo de torção (0,93°). Este estudo mostra que, mesmo em ângulos tão pequenos e altas densidades, o efeito da correlação eletrônica nas propriedades do moiré é o mesmo. No futuro, os vales de spin da fase isolante serão estudados, e uma nova fase supercondutora será estudada a uma temperatura mais baixa. Pesquisas experimentais serão combinadas com esforços teóricos para entender a origem desse comportamento.
Horário da postagem: 08/10/2019