Comportamentul benzilor Mohr și al curelelor plate în știința științei și fizicii cuantice numite grafen bistrat răsucit (TBLG) „Magic Angle” a atras un mare interes din partea oamenilor de știință, deși multe proprietăți se confruntă cu dezbateri aprinse. Într-un nou studiu publicat în revista Science Progress, Emilio Colledo și oamenii de știință de la Departamentul de Fizică și Știința Materialelor din Statele Unite și Japonia au observat supraconductivitate și analogie în grafenul cu două straturi răsucite. Starea izolatorului Mott are un unghi de răsucire de aproximativ 0,93 grade. Acest unghi este cu 15% mai mic decât unghiul „unghi magic” (1,1°) calculat în studiul anterior. Acest studiu arată că gama „unghiului magic” al grafenului cu două straturi răsucite este mai mare decât se aștepta anterior.
Acest studiu oferă o mulțime de informații noi pentru descifrarea fenomenelor cuantice puternice din grafenul cu două straturi răsucite pentru aplicații în fizica cuantică. Fizicienii definesc „Twistronics” ca fiind unghiul relativ de răsucire dintre straturile adiacente van der Waals pentru a produce benzi moiré și plate în grafen. Acest concept a devenit o metodă nouă și unică pentru modificarea și personalizarea semnificativă a proprietăților dispozitivului pe baza materialelor bidimensionale pentru a obține fluxul de curent. Efectul remarcabil al „Twistronics” a fost exemplificat în munca de pionierat a cercetătorilor, demonstrând că atunci când două straturi de grafen cu un singur strat sunt stivuite la un unghi de răsucire „unghi magic” de θ=1,1±0,1°, apare o bandă foarte plată. .
În acest studiu, în grafenul cu două straturi răsucite (TBLG), faza izolatoare a primei microbenzi (caracteristică structurală) a superlaticei la „unghiul magic” a fost semi-umplută. Echipa de cercetare a stabilit că acesta este un izolator Mott (un izolator cu proprietăți supraconductoare) care prezintă supraconductivitate la niveluri de dopaj puțin mai mari și mai mici. Diagrama de fază arată supraconductorul de temperatură ridicată între temperatura de tranziție a supraconductoarei (Tc) și temperatura Fermi (Tf). Această cercetare a condus la un mare interes și dezbateri teoretice asupra structurii benzii de grafen, topologiei și sistemelor adiționale de semiconductori „Magic Angle”. În comparație cu raportul teoretic original, cercetările experimentale sunt rare și tocmai au început. În acest studiu, echipa a efectuat măsurători de transmisie pe grafenul bistrat răsucit „unghi magic”, arătând stările relevante izolatoare și supraconductoare.
Un unghi neașteptat distorsionat de 0,93 ± 0,01, care este cu 15% mai mic decât „unghiul magic” stabilit, este, de asemenea, cel mai mic raportat până în prezent și prezintă proprietăți supraconductoare. Aceste rezultate indică faptul că noua stare de corelație poate apărea în grafenul bistrat răsucit „Unghiul magic”, mai jos decât „unghiul magic” primar, dincolo de prima microbandă de grafen. Pentru a construi aceste dispozitive de grafen cu două straturi răsucite „cornul magic”, echipa a folosit o abordare „ruptură și stivuire”. Structura dintre straturile hexagonale de nitrură de bor (BN) este încapsulată; modelat într-o geometrie de tijă Hall cu fire multiple cuplate la contacte de margine Cr/Au (crom/aur). Întregul dispozitiv de grafen cu două straturi răsucite „Magic Angle” a fost fabricat deasupra stratului de grafen folosit ca poartă din spate.
Oamenii de știință folosesc tehnici standard de blocare în curent continuu (DC) și curent alternativ (AC) pentru a măsura dispozitivele din criostatele HE4 și HE3 pompate. Echipa a înregistrat relația dintre rezistența longitudinală a dispozitivului (Rxx) și gama extinsă de tensiune a porții (VG) și a calculat câmpul magnetic B la o temperatură de 1,7K. S-a observat că asimetria mică de electroni este o proprietate inerentă a dispozitivului de grafen cu două straturi răsucite „Magic Angle”. După cum sa observat în rapoartele anterioare, echipa a înregistrat aceste rezultate și a detaliat rapoartele care au fost supraconductoare până acum. „Unghiul magic” caracteristic răsucește unghiul minim de torsiune al dispozitivului cu grafen cu două straturi. Odată cu o examinare mai atentă a diagramei de fani Landau, cercetătorii au obținut câteva caracteristici notabile.
De exemplu, vârful la jumătate de umplere și degenerarea de două ori a nivelului Landau sunt în concordanță cu stările de izolare asemănătoare momentului observate anterior. Echipa a arătat o întrerupere a simetriei văii de spin aproximativ SU(4) și formarea unei noi suprafețe Fermi cvasi-particule. Cu toate acestea, detaliile necesită o inspecție mai detaliată. S-a observat și apariția supraconductivității, care a crescut Rxx (rezistența longitudinală), similar studiilor anterioare. Echipa a examinat apoi temperatura critică (Tc) a fazei supraconductoare. Deoarece nu au fost obținute date pentru dopajul optim al supraconductorilor din această probă, oamenii de știință au presupus o temperatură critică de până la 0,5K. Cu toate acestea, aceste dispozitive devin ineficiente până când sunt capabile să obțină date clare din starea supraconductoare. Pentru a investiga în continuare starea supraconductivă, cercetătorii au măsurat caracteristicile de tensiune-curent (VI) cu patru terminale ale dispozitivului la densități diferite de purtător.
Rezistența obținută arată că supercurent este observat pe un interval de densitate mai mare și arată suprimarea supercurentului atunci când este aplicat un câmp magnetic paralel. Pentru a obține o perspectivă asupra comportamentului observat în studiu, cercetătorii au calculat structura benzii Moir a dispozitivului de grafen cu două straturi răsucite „Magic Angle” folosind modelul Bistritzer-MacDonald și parametri îmbunătățiți. În comparație cu calculul anterior al unghiului „Magic Angle”, banda Moire de energie scăzută calculată nu este izolată de banda de energie înaltă. Deși unghiul de răsucire al dispozitivului este mai mic decât unghiul „unghiului magic” calculat în altă parte, dispozitivul are un fenomen care este strâns legat de studiile anterioare (izolație Mort și supraconductivitate), pe care fizicienii l-au găsit a fi neașteptat și fezabil.
După evaluarea în continuare a comportamentului la densități mari (numărul de stări disponibile pentru fiecare energie), caracteristicile observate de oamenii de știință sunt atribuite stărilor de izolare asociate nou apărute. În viitor, va fi efectuat un studiu mai detaliat al densității stărilor (DOS) pentru a înțelege starea ciudată a izolației și pentru a determina dacă acestea pot fi clasificate ca lichide cu spin cuantic. În acest fel, oamenii de știință au observat supraconductivitate în apropierea stării de izolare asemănătoare Mox într-un dispozitiv de grafen cu două straturi răsucite cu un unghi mic de răsucire (0,93°). Acest studiu arată că, chiar și la unghiuri atât de mici și densități mari, efectul corelației electronilor asupra proprietăților moiré este același. În viitor se vor studia văile de spin ale fazei de izolare, iar o nouă fază supraconductoare va fi studiată la o temperatură mai scăzută. Cercetările experimentale vor fi combinate cu eforturile teoretice de a înțelege originea acestui comportament.
Ora postării: Oct-08-2019