ග්‍රැෆීන් සුපිරි සන්නායකතාව වඩාත් ආකර්ෂණීයයි! නවතම සොයාගැනීම: ග්‍රැෆීන්හි "මැජික් කෝණය" පරාසය බලාපොරොත්තු වූවාට වඩා විශාලය

විද්‍යාවේ සහ ක්වොන්ටම් භෞතික විද්‍යාවේ මෝර් ඉරි සහ පැතලි පටි වල හැසිරීම "මැජික් ඇන්ගල්" twisted bilayer graphene (TBLG) ලෙස හඳුන්වනු ලබන අතර, බොහෝ දේපල උණුසුම් විවාදයකට ලක් වුවද, විද්‍යාඥයින්ගේ විශාල උනන්දුවක් ඇති කර ඇත. Science Progress සඟරාවේ ප්‍රකාශයට පත් කරන ලද නව අධ්‍යයනයක දී, Emilio Colledo සහ එක්සත් ජනපදයේ සහ ජපානයේ භෞතික විද්‍යා හා ද්‍රව්‍ය විද්‍යා දෙපාර්තමේන්තුවේ විද්‍යාඥයින් විසින් විකෘති ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන්හි සුපිරි සන්නායකතාව සහ සාදෘශ්‍ය නිරීක්ෂණය කරන ලදී. Mott පරිවාරක තත්ත්වය අංශක 0.93 ක පමණ twist කෝණයක් ඇත. මෙම කෝණය පෙර අධ්‍යයනයේ දී ගණනය කරන ලද "මැජික් කෝණය" කෝණයට (1.1°) වඩා 15% කුඩා වේ. මෙම අධ්‍යයනයෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ විකෘති වූ ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන්හි “මැජික් කෝණය” පරාසය කලින් බලාපොරොත්තු වූවාට වඩා විශාල බවයි.

මෙම අධ්‍යයනය ක්වොන්ටම් භෞතික විද්‍යාවේ යෙදීම් සඳහා විකෘති ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන්හි ප්‍රබල ක්වොන්ටම් සංසිද්ධි විකේතනය කිරීම සඳහා නව තොරතුරු රාශියක් සපයයි. භෞතික විද්‍යාඥයින් "Twistronics" යන්න නිර්වචනය කරන්නේ ග්‍රැෆීන් වල මෝයර් සහ පැතලි පටි නිපදවීමට යාබද වැන් ඩර් වෝල්ස් ස්ථර අතර සාපේක්ෂ කරකැවෙන කෝණය ලෙසය. ධාරා ප්‍රවාහය සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා ද්විමාන ද්‍රව්‍ය මත පදනම්ව උපාංග ගුණාංග සැලකිය යුතු ලෙස වෙනස් කිරීම සහ අභිරුචිකරණය කිරීම සඳහා මෙම සංකල්පය නව සහ අද්විතීය ක්‍රමයක් බවට පත්ව ඇත. "Twistronics" හි කැපී පෙනෙන බලපෑම පර්යේෂකයන්ගේ පුරෝගාමී කාර්යයෙන් නිදර්ශනය කරන ලද අතර, තනි ස්ථර ග්‍රැෆීන් ස්ථර දෙකක් θ=1.1±0.1 ° ක "මැජික් කෝණය" twist කෝණයක ගොඩගැසූ විට, ඉතා පැතලි පටියක් දිස්වන බව පෙන්නුම් කරයි. .

මෙම අධ්‍යයනයේ දී, ඇඹරුනු ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන් (TBLG) හි, "මැජික් කෝණය" හි ඇති සුපිරි දැලිස් වල පළමු ක්ෂුද්‍ර තීරුවේ (ව්‍යුහාත්මක ලක්ෂණය) පරිවාරක අවධිය අර්ධ වශයෙන් පුරවා ඇත. පර්යේෂණ කණ්ඩායම මෙය Mott පරිවාරකයක් (සුපිරි සන්නායක ගුණ සහිත පරිවාරකයක්) බව තීරණය කර ඇති අතර එය තරමක් ඉහළ සහ පහළ මාත්‍රණ මට්ටම්වලදී සුපිරි සන්නායකතාව ප්‍රදර්ශනය කරයි. අදියර රූප සටහන මඟින් අධි සන්නායක සංක්‍රාන්ති උෂ්ණත්වය (Tc) සහ ෆර්මි උෂ්ණත්වය (Tf) අතර ඉහළ උෂ්ණත්ව සුපිරි සන්නායක පෙන්වයි. මෙම පර්යේෂණය ග්‍රැෆීන් බෑන්ඩ් ව්‍යුහය, ස්ථල විද්‍යාව සහ අතිරේක “මැජික් කෝණය” අර්ධ සන්නායක පද්ධති පිළිබඳ විශාල උනන්දුවක් හා න්‍යායාත්මක විවාදයකට තුඩු දුන්නේය. මුල් සෛද්ධාන්තික වාර්තාව හා සසඳන විට, පර්යේෂණාත්මක පර්යේෂණ දුර්ලභ වන අතර එය දැන් ආරම්භ වී ඇත. මෙම අධ්‍යයනයේ දී, කණ්ඩායම අදාළ පරිවාරක සහ අධි සන්නායක තත්ත්‍වයන් පෙන්වන “මැජික් කෝණය” විකෘති වූ ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන් මත සම්ප්‍රේෂණ මිනුම් සිදු කරන ලදී.

අනපේක්ෂිත ලෙස විකෘති වූ 0.93 ± 0.01 කෝණයක්, ස්ථාපිත “මැජික් කෝණයට” වඩා 15% කුඩා වන අතර, එය මේ දක්වා වාර්තා වී ඇති කුඩාම සහ සුපිරි සන්නායක ගුණ ප්‍රදර්ශනය කරයි. මෙම ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ ග්‍රැෆීන්හි පළමු ක්ෂුද්‍ර තීරුවෙන් ඔබ්බට ප්‍රාථමික “මැජික් කෝණයට” වඩා අඩු “මැජික් කෝණය” විකෘති ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන් තුළ නව සහසම්බන්ධතා තත්ත්වය දිස්විය හැකි බවයි. මෙම "මැජික් හෝන්" ඇඹරුණු ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන් උපාංග තැනීමට, කණ්ඩායම "කඳුළු සහ ගොඩ" ප්‍රවේශයක් භාවිතා කළේය. ෂඩාස්රාකාර බෝරෝන් නයිට්‍රයිඩ් (BN) ස්ථර අතර ව්‍යුහය ආවරණය කර ඇත; Cr/Au (ක්‍රෝමියම්/රන්) දාර සම්බන්ධතාවලට සම්බන්ධ බහු වයර් සහිත හෝල් දණ්ඩ ජ්‍යාමිතියකට රටා කර ඇත. සම්පූර්ණ “මැජික් කෝණය” විකෘති ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන් උපාංගය පිටුපස ගේට්ටුව ලෙස භාවිතා කරන ග්‍රැෆීන් ස්ථරයට ඉහළින් නිපදවා ඇත.

විද්‍යාඥයින් විසින් පොම්ප කරන ලද HE4 සහ HE3 ක්‍රියෝස්ටේට් වල උපාංග මැනීමට සම්මත සෘජු ධාරාව (DC) සහ ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා (AC) අගුලු දැමීමේ ක්‍රම භාවිතා කරයි. කණ්ඩායම උපාංගයේ කල්පවත්නා ප්‍රතිරෝධය (Rxx) සහ විස්තීරණ ද්වාර වෝල්ටීයතා (VG) පරාසය අතර සම්බන්ධය වාර්තා කර 1.7K උෂ්ණත්වයකදී චුම්බක ක්ෂේත්‍රය B ගණනය කරන ලදී. කුඩා ඉලෙක්ට්‍රෝන සිදුරු අසමමිතිය "මැජික් කෝනය" විකෘති වූ ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන් උපාංගයේ ආවේනික ගුණයක් ලෙස නිරීක්ෂණය විය. පෙර වාර්තාවල නිරීක්ෂණය කළ පරිදි, කණ්ඩායම මෙම ප්‍රතිඵල සටහන් කර ඇති අතර මෙතෙක් සුපිරි සන්නායකතාවක් ඇති වාර්තා විස්තර කළේය. ලාක්ෂණික "මැජික් කෝණය" ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන් උපාංගයේ අවම ආතති කෝණය විකෘති කරයි. Landau රසික ප්‍රස්ථාරය වඩාත් සමීපව පරීක්ෂා කිරීමත් සමඟ පර්යේෂකයන් කැපී පෙනෙන ලක්ෂණ කිහිපයක් ලබා ගත්හ.

නිදසුනක් ලෙස, අර්ධ පිරවුමේ උච්චය සහ ලැන්ඩෝ මට්ටමේ ද්වි-ගුණික පරිහානිය කලින් නිරීක්ෂණය කරන ලද මොහොත වැනි පරිවාරක තත්වයන්ට අනුකූල වේ. කණ්ඩායම දළ වශයෙන් භ්‍රමණය වන නිම්නයේ SU(4) හි සමමිතියේ බිඳීමක් සහ නව අර්ධ-අංශු ෆර්මි මතුපිටක් සෑදීම පෙන්නුම් කළේය. කෙසේ වෙතත්, විස්තර සඳහා වඩාත් සවිස්තරාත්මක පරීක්ෂණයක් අවශ්ය වේ. සුපිරි සන්නායකතාවයේ පෙනුම ද නිරීක්ෂණය කරන ලද අතර, පෙර අධ්‍යයනයන්ට සමාන Rxx (දිගු ප්‍රතිරෝධය) වැඩි විය. කණ්ඩායම පසුව අධි සන්නායක අවධියේ තීරණාත්මක උෂ්ණත්වය (Tc) පරීක්ෂා කළේය. මෙම සාම්පලයේ සුපිරි සන්නායකවල ප්‍රශස්ත මාත්‍රණය සඳහා දත්ත ලබා නොගත් බැවින්, විද්‍යාඥයන් 0.5K දක්වා විවේචනාත්මක උෂ්ණත්වයක් උපකල්පනය කළහ. කෙසේ වෙතත්, සුපිරි සන්නායක තත්වයෙන් පැහැදිලි දත්ත ලබා ගැනීමට හැකි වන තෙක් මෙම උපාංග අකාර්යක්ෂම වේ. සුපිරි සන්නායක තත්ත්වය තවදුරටත් විමර්ශනය කිරීම සඳහා, පර්යේෂකයන් විවිධ වාහක ඝනත්වයන්හි උපාංගයේ සිව්-පර්යන්ත වෝල්ටීයතා-ධාරා (VI) ලක්ෂණ මැනිය.

ලබාගත් ප්‍රතිරෝධය මගින් පෙන්නුම් කරන්නේ සුපිරි ධාරාව විශාල ඝනත්ව පරාසයක් හරහා නිරීක්ෂණය වන අතර සමාන්තර චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් යොදන විට සුපිරි ධාරාව යටපත් වීම පෙන්නුම් කරයි. අධ්‍යයනයේ දී නිරීක්ෂණය කරන ලද හැසිරීම් පිළිබඳ අවබෝධයක් ලබා ගැනීම සඳහා, පර්යේෂකයන් විසින් Bistritzer-MacDonald ආකෘතිය සහ වැඩිදියුණු කළ පරාමිති භාවිතා කරමින් "මැජික් කෝණය" විකෘති කරන ලද ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන් උපාංගයේ Moir බෑන්ඩ් ව්‍යුහය ගණනය කරන ලදී. "මැජික් කෝණය" කෝණයෙහි පෙර ගණනය කිරීම හා සසඳන විට, ගණනය කරන ලද අඩු ශක්ති මෝයර් පටිය අධි ශක්ති කලාපයෙන් හුදකලා නොවේ. උපාංගයේ twist කෝණය වෙනත් තැන්වල ගණනය කර ඇති “මැජික් කෝණය” කෝණයට වඩා කුඩා වුවද, උපාංගයේ පෙර අධ්‍යයනයන්ට (Mort insulation සහ superconductivity) දැඩි ලෙස සම්බන්ධ වන සංසිද්ධියක් ඇත, එය භෞතික විද්‍යාඥයන් විසින් අනපේක්ෂිත සහ ශක්‍ය බව සොයා ගත්හ.

විශාල ඝනත්වයේ හැසිරීම තවදුරටත් ඇගයීමෙන් පසුව (එක් එක් ශක්තිය මත පවතින තත්වයන් සංඛ්යාව), විද්යාඥයින් විසින් නිරීක්ෂණය කරන ලද ලක්ෂණ අලුතින් මතුවන ආශ්රිත පරිවාරක තත්වයන්ට ආරෝපණය කර ඇත. අනාගතයේ දී, පරිවාරකයේ ඔත්තේ තත්ත්වය තේරුම් ගැනීමට සහ ඒවා ක්වොන්ටම් ස්පින් ද්‍රව ලෙස වර්ග කළ හැකිද යන්න තීරණය කිරීමට ප්‍රාන්තවල ඝනත්වය (DOS) පිළිබඳ වඩාත් සවිස්තරාත්මක අධ්‍යයනයක් සිදු කරනු ඇත. මේ ආකාරයට, විද්‍යාඥයින් විසින් Mox-සමාන පරිවාරක තත්ත්‍වය අසල සුපිරි සන්නායකතාව නිරීක්ෂණය කරන ලද්දේ කුඩා කරකැවෙන කෝණයක් (0.93°) සහිත ඇඹරුණු ද්වි-ස්ථර ග්‍රැෆීන් උපාංගයක ය. මෙම අධ්‍යයනයෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ එවැනි කුඩා කෝණ සහ අධික ඝනත්වයකදී වුවද මොයිරේ ගුණ කෙරෙහි ඉලෙක්ට්‍රෝන සහසම්බන්ධතාවයේ බලපෑම සමාන බවයි. අනාගතයේදී, පරිවාරක අදියරෙහි භ්රමණය නිම්න අධ්යයනය කරනු ලබන අතර, අඩු උෂ්ණත්වයකදී නව සුපිරි සන්නායක අදියරක් අධ්යයනය කරනු ලැබේ. මෙම හැසිරීමේ මූලාරම්භය අවබෝධ කර ගැනීම සඳහා පර්යේෂණාත්මක පර්යේෂණ න්යායික ප්රයත්නයන් සමඟ ඒකාබද්ධ වනු ඇත.