Správanie Mohrových pruhov a plochých pásov vo vede a kvantovej fyzike s názvom „Magic Angle“ skrútený dvojvrstvový grafén (TBLG) pritiahlo veľký záujem vedcov, hoci mnohé vlastnosti čelia vášnivým diskusiám. V novej štúdii publikovanej v časopise Science Progress Emilio Colledo a vedci z Katedry fyziky a materiálovej vedy v Spojených štátoch a Japonsku pozorovali supravodivosť a analógiu v skrútenom dvojvrstvovom graféne. Stav izolátora Mott má uhol natočenia približne 0,93 stupňa. Tento uhol je o 15 % menší ako uhol „magického uhla“ (1,1°) vypočítaný v predchádzajúcej štúdii. Táto štúdia ukazuje, že rozsah „magického uhla“ skrúteného dvojvrstvového grafénu je väčší, ako sa pôvodne očakávalo.
Táto štúdia poskytuje množstvo nových informácií na dešifrovanie silných kvantových javov v skrútenom dvojvrstvovom graféne pre aplikácie v kvantovej fyzike. Fyzici definujú „twistroniku“ ako relatívny uhol natočenia medzi priľahlými van der Waalsovými vrstvami na vytvorenie moaré a plochých pásov v graféne. Tento koncept sa stal novou a unikátnou metódou pre výraznú zmenu a prispôsobenie vlastností zariadenia na základe dvojrozmerných materiálov na dosiahnutie prietoku prúdu. Pozoruhodný efekt „Twistronics“ bol ilustrovaný v priekopníckej práci výskumníkov, čo dokazuje, že keď sú dve jednovrstvové grafénové vrstvy naskladané pod uhlom natočenia „magického uhla“ θ = 1,1 ± 0,1 °, objaví sa veľmi plochý pás. .
V tejto štúdii bola v skrútenom dvojvrstvovom graféne (TBLG) čiastočne vyplnená izolačná fáza prvého mikropásika (štrukturálny znak) supermriežky v „magickom uhle“. Výskumný tím zistil, že ide o Mottov izolátor (izolátor so supravodivými vlastnosťami), ktorý vykazuje supravodivosť pri mierne vyšších a nižších dopingových úrovniach. Fázový diagram ukazuje vysokoteplotný supravodič medzi teplotou supravodivého prechodu (Tc) a Fermiho teplotou (Tf). Tento výskum viedol k veľkému záujmu a teoretickej diskusii o štruktúre grafénového pásma, topológii a dodatočných polovodičových systémoch „Magic Angle“. V porovnaní s pôvodnou teoretickou správou je experimentálny výskum zriedkavý a práve sa začal. V tejto štúdii tím vykonal prenosové merania na skrútenom dvojvrstvovom graféne „magického uhla“, ktorý ukazuje príslušné izolačné a supravodivé stavy.
Neočakávane skreslený uhol 0,93 ± 0,01, ktorý je o 15 % menší ako stanovený „Magický uhol“, je tiež najmenší doteraz zaznamenaný a vykazuje supravodivé vlastnosti. Tieto výsledky naznačujú, že nový stav korelácie sa môže objaviť v skrútenom dvojvrstvovom graféne „Magic Angle“, nižšom ako primárny „magický uhol“, za prvým mikropásikom grafénu. Na zostavenie týchto skrútených dvojvrstvových grafénových zariadení s „magickým rohom“ tím použil prístup „roztrhať a stohovať“. Štruktúra medzi vrstvami hexagonálneho nitridu bóru (BN) je zapuzdrená; vzorované do geometrie Hallovej tyče s viacerými drôtmi pripojenými k okrajovým kontaktom Cr/Au (chróm/zlato). Celé skrútené dvojvrstvové grafénové zariadenie „Magic Angle“ bolo vyrobené na vrchnej vrstve grafénu použitej ako zadná brána.
Vedci používajú štandardné uzamykacie techniky jednosmerného prúdu (DC) a striedavého prúdu (AC) na meranie zariadení v čerpacích kryostatoch HE4 a HE3. Tím zaznamenal vzťah medzi pozdĺžnym odporom zariadenia (Rxx) a rozsahom rozšíreného hradlového napätia (VG) a vypočítal magnetické pole B pri teplote 1,7 K. Zistilo sa, že asymetria malých elektrónových dier je inherentnou vlastnosťou skrúteného dvojvrstvového grafénového zariadenia „Magic Angle“. Ako bolo uvedené v predchádzajúcich správach, tím zaznamenal tieto výsledky a podrobne opísal správy, ktoré boli doteraz supravodivé. Charakteristický „Magic Angle“ skrúca minimálny torzný uhol dvojvrstvového grafénového zariadenia. Pri bližšom skúmaní Landauovho grafu fanúšikov získali výskumníci niektoré pozoruhodné vlastnosti.
Napríklad vrchol pri polovičnom naplnení a dvojnásobná degenerácia Landauovej úrovne sú v súlade s predtým pozorovanými izolačnými stavmi podobnými momentu. Tím ukázal zlom v symetrii približného spinového údolia SU(4) a vytvorenie nového kvázičasticového Fermiho povrchu. Detaily si však vyžadujú podrobnejšiu kontrolu. Pozoroval sa aj výskyt supravodivosti, čo zvýšilo Rxx (pozdĺžny odpor), podobne ako v predchádzajúcich štúdiách. Tím potom skúmal kritickú teplotu (Tc) supravodivej fázy. Keďže neboli získané žiadne údaje pre optimálne dopovanie supravodičov v tejto vzorke, vedci predpokladali kritickú teplotu až 0,5 K. Tieto zariadenia sa však stávajú neúčinnými, kým nie sú schopné získať jasné dáta zo supravodivého stavu. Na ďalšie skúmanie supravodivého stavu výskumníci merali štvorkoncové charakteristiky napätia a prúdu (VI) zariadenia pri rôznych hustotách nosičov.
Získaný odpor ukazuje, že superprúd je pozorovaný vo väčšom rozsahu hustoty a ukazuje potlačenie superprúdu, keď sa aplikuje paralelné magnetické pole. Na získanie prehľadu o správaní pozorovanom v štúdii výskumníci vypočítali štruktúru Moirového pásu skrúteného dvojvrstvového grafénového zariadenia „Magic Angle“ pomocou modelu Bistritzer-MacDonald a zlepšili parametre. V porovnaní s predchádzajúcim výpočtom uhla „Magic Angle“ vypočítané nízkoenergetické pásmo moaré nie je izolované od vysokoenergetického pásma. Hoci uhol natočenia zariadenia je menší ako uhol „magického uhla“ vypočítaný inde, zariadenie má fenomén, ktorý silne súvisí s predchádzajúcimi štúdiami (Mortova izolácia a supravodivosť), ktoré fyzici považovali za neočakávané a uskutočniteľné.
Po ďalšom vyhodnotení správania pri veľkých hustotách (počet stavov dostupných na každej energii) sa vlastnosti pozorované vedcami pripisujú novo vznikajúcim súvisiacim izolačným stavom. V budúcnosti sa uskutoční podrobnejšia štúdia hustoty stavov (DOS), aby sme pochopili zvláštny stav izolácie a určili, či ich možno klasifikovať ako kvapaliny s kvantovou rotáciou. Týmto spôsobom vedci pozorovali supravodivosť v blízkosti izolačného stavu podobného Mox v skrútenom dvojvrstvovom grafénovom zariadení s malým uhlom natočenia (0,93 °). Táto štúdia ukazuje, že aj pri takýchto malých uhloch a vysokých hustotách je vplyv elektrónovej korelácie na vlastnosti moaré rovnaký. V budúcnosti sa budú študovať spinové údolia izolačnej fázy a nová supravodivá fáza pri nižšej teplote. Experimentálny výskum bude spojený s teoretickým úsilím o pochopenie pôvodu tohto správania.
Čas odoslania: október-08-2019