Obnašanje Mohrovih črt in ploščatih pasov v znanosti o znanosti in kvantni fiziki, imenovanem "Magic Angle" zvit dvoslojni grafen (TBLG), je pritegnilo veliko zanimanja znanstvenikov, čeprav se številne lastnosti soočajo z vročo razpravo. V novi študiji, objavljeni v reviji Science Progress, so Emilio Colledo in znanstveniki na Oddelku za fiziko in znanost o materialih v Združenih državah in na Japonskem opazili superprevodnost in analogijo v zvitem dvoslojnem grafenu. Stanje Mottovega izolatorja ima kot zasuka približno 0,93 stopinje. Ta kot je 15 % manjši od kota "čarobnega kota" (1,1°), izračunanega v prejšnji študiji. Ta študija kaže, da je razpon "magičnega kota" zvitega dvoslojnega grafena večji, kot je bilo prej pričakovano.
Ta študija ponuja veliko novih informacij za dešifriranje močnih kvantnih pojavov v zvitem dvoslojnem grafenu za aplikacije v kvantni fiziki. Fiziki definirajo "Twistronics" kot relativni kot zasuka med sosednjimi van der Waalsovimi plastmi za ustvarjanje moiréja in ravnih trakov v grafenu. Ta koncept je postal nova in edinstvena metoda za znatno spreminjanje in prilagajanje lastnosti naprave na podlagi dvodimenzionalnih materialov za doseganje tokovnega toka. Izjemen učinek "Twistronicsa" je bil ponazorjen v pionirskem delu raziskovalcev, ki je pokazal, da ko sta dve enoslojni grafenski plasti zloženi pod "magičnim kotom" kot zasuka θ=1,1±0,1°, se pojavi zelo raven pas. .
V tej študiji je bila v zvitem dvoslojnem grafenu (TBLG) izolacijska faza prvega mikrotraka (strukturna značilnost) super rešetke pri "magičnem kotu" napol napolnjena. Raziskovalna skupina je ugotovila, da gre za Mottov izolator (izolator s superprevodnimi lastnostmi), ki kaže superprevodnost pri nekoliko višjih in nižjih ravneh dopinga. Fazni diagram prikazuje visokotemperaturni superprevodnik med temperaturo superprevodnega prehoda (Tc) in Fermijevo temperaturo (Tf). Ta raziskava je privedla do velikega zanimanja in teoretične razprave o strukturi grafenskega pasu, topologiji in dodatnih polprevodniških sistemih »Magic Angle«. V primerjavi s prvotnim teoretičnim poročilom so eksperimentalne raziskave redke in so se šele začele. V tej študiji je ekipa izvedla meritve prenosa na zvitem dvoslojnem grafenu z "magičnim kotom", ki prikazuje ustrezna izolacijska in superprevodna stanja.
Nepričakovano popačen kot 0,93 ± 0,01, ki je 15 % manjši od uveljavljenega "čarobnega kota", je tudi najmanjši do sedaj prijavljeni in kaže superprevodne lastnosti. Ti rezultati kažejo, da se lahko novo korelacijsko stanje pojavi v zvitem dvoslojnem grafenu "Magic Angle", nižje od primarnega "magičnega kota", onkraj prvega mikrotraka grafena. Za izdelavo teh "čarobnih rogov" zvitih dvoslojnih grafenskih naprav je ekipa uporabila pristop "raztrgaj in zloži". Struktura med plastmi heksagonalnega borovega nitrida (BN) je inkapsulirana; oblikovan v geometrijo Hallove palice z več žicami, povezanimi z robnimi kontakti Cr/Au (krom/zlato). Celotna zvita dvoslojna grafenska naprava "Magic Angle" je bila izdelana na vrhu grafenske plasti, ki se uporablja kot zadnja vrata.
Znanstveniki uporabljajo standardne enosmerne (DC) in izmenične (AC) tehnike zaklepanja za merjenje naprav v črpanih kriostatih HE4 in HE3. Ekipa je zabeležila razmerje med vzdolžnim uporom naprave (Rxx) in razširjenim obsegom napetosti vrat (VG) ter izračunala magnetno polje B pri temperaturi 1,7 K. Ugotovljeno je bilo, da je asimetrija majhnih elektronov in lukenj inherentna lastnost zvite dvoslojne grafenske naprave "Magic Angle". Kot je bilo ugotovljeno v prejšnjih poročilih, je ekipa zabeležila te rezultate in podrobno opisala poročila, ki so bila doslej superprevodna. Značilen "čarobni kot" zasuka najmanjši torzijski kot dvoslojne grafenske naprave. Z natančnejšim pregledom Landauove pahljačaste karte so raziskovalci pridobili nekaj pomembnih značilnosti.
Na primer, vrh pri polovičnem polnjenju in dvakratna degeneracija ravni Landau sta skladna s prej opaženimi trenutnimi izolacijskimi stanji. Ekipa je pokazala prekinitev simetrije približne vrtilne doline SU(4) in nastanek nove Fermijeve površine kvazidelcev. Vendar podrobnosti zahtevajo podrobnejši pregled. Opazili so tudi pojav superprevodnosti, ki je povečala Rxx (vzdolžni upor), podobno kot v prejšnjih študijah. Ekipa je nato preučila kritično temperaturo (Tc) superprevodne faze. Ker v tem vzorcu ni bilo pridobljenih podatkov za optimalno dopiranje superprevodnikov, so znanstveniki predpostavili kritično temperaturo do 0,5 K. Vendar te naprave postanejo neučinkovite, dokler ne pridobijo jasnih podatkov iz superprevodnega stanja. Za nadaljnjo raziskavo superprevodnega stanja so raziskovalci izmerili štiriterminalne napetostno-tokovne (VI) karakteristike naprave pri različnih nosilnih gostotah.
Dobljeni upor kaže, da je super tok opazen v večjem območju gostote in kaže zatiranje super toka, ko je uporabljeno vzporedno magnetno polje. Da bi pridobili vpogled v vedenje, opaženo v študiji, so raziskovalci izračunali Moirovo pasovno strukturo zvite dvoslojne grafenske naprave "Magic Angle" z uporabo modela Bistritzer-MacDonald in izboljšanih parametrov. V primerjavi s prejšnjim izračunom kota »Magic Angle« izračunani nizkoenergijski pas Moire ni izoliran od pasu visoke energije. Čeprav je kot zasuka naprave manjši od kota »magičnega kota«, izračunanega drugje, ima naprava pojav, ki je močno povezan s prejšnjimi študijami (Mortova izolacija in superprevodnost), za katere so fiziki ugotovili, da so nepričakovani in izvedljivi.
Po nadaljnjem ocenjevanju obnašanja pri velikih gostotah (število stanj, ki so na voljo pri vsaki energiji), so značilnosti, ki so jih opazili znanstveniki, pripisane na novo nastajajočim povezanim izolacijskim stanjem. V prihodnosti bo izvedena podrobnejša študija gostote stanj (DOS), da bi razumeli nenavadno stanje izolacije in ugotovili, ali jih je mogoče razvrstiti kot kvantne vrtilne tekočine. Na ta način so znanstveniki opazili superprevodnost blizu Mox podobnega izolacijskega stanja v zasukani dvoslojni grafenski napravi z majhnim kotom zasuka (0,93°). Ta študija kaže, da je tudi pri tako majhnih kotih in visoki gostoti učinek korelacije elektronov na lastnosti moiréja enak. V prihodnosti bodo proučevali spinske doline izolacijske faze in novo superprevodno fazo pri nižji temperaturi. Eksperimentalne raziskave bodo združene s teoretičnimi prizadevanji za razumevanje izvora tega vedenja.
Čas objave: 8. oktober 2019