Beteendet hos Mohrränder och platta bälten inom vetenskapen om vetenskap och kvantfysik som kallas "Magic Angle" vriden dubbelskiktsgrafen (TBLG) har väckt stort intresse från forskare, även om många egenskaper står inför het debatt. I en ny studie publicerad i tidskriften Science Progress, observerade Emilio Colledo och forskare vid institutionen för fysik och materialvetenskap i USA och Japan supraledning och analogi i vriden dubbelskiktsgrafen. Mott-isolatortillståndet har en vridningsvinkel på cirka 0,93 grader. Denna vinkel är 15 % mindre än den "magiska vinkel"-vinkeln (1,1°) som beräknades i den tidigare studien. Denna studie visar att det "magiska vinkelområdet" för vridet dubbelskiktsgrafen är större än vad som tidigare förväntats.
Denna studie ger en mängd ny information för att dechiffrera de starka kvantfenomenen i vriden dubbelskiktsgrafen för tillämpningar inom kvantfysik. Fysiker definierar "Twistronics" som den relativa vridningsvinkeln mellan intilliggande van der Waals-lager för att producera moiré- och platta band i grafen. Detta koncept har blivit en ny och unik metod för att väsentligt ändra och anpassa enhetsegenskaper baserat på tvådimensionella material för att uppnå strömflöde. Den anmärkningsvärda effekten av "Twistronics" exemplifierades i forskarnas banbrytande arbete, som visar att när två enskiktsgrafenlager staplas i en "magisk vinkel" vridningsvinkel på θ=1,1±0,1°, uppstår ett mycket platt band. .
I denna studie, i vriden dubbelskiktsgrafen (TBLG), var den isolerande fasen av den första mikroremsan (strukturella särdraget) i supergittret vid den "magiska vinkeln" halvfylld. Forskargruppen fastställde att detta är en Mott-isolator (en isolator med supraledande egenskaper) som uppvisar supraledning vid något högre och lägre dopningsnivåer. Fasdiagrammet visar högtemperatursupraledaren mellan den supraledande övergångstemperaturen (Tc) och Fermi-temperaturen (Tf). Denna forskning ledde till stort intresse och teoretisk debatt om grafenbandstruktur, topologi och ytterligare "Magic Angle" halvledarsystem. Jämfört med den ursprungliga teoretiska rapporten är experimentell forskning sällsynt och har precis börjat. I denna studie genomförde teamet transmissionsmätningar på den "magiska vinkeln" vridna dubbelskiktsgrafen som visar relevanta isolerande och supraledande tillstånd.
En oväntat förvrängd vinkel på 0,93 ± 0,01, vilket är 15 % mindre än den etablerade "Magiska vinkeln", är också den minsta som rapporterats hittills och uppvisar supraledande egenskaper. Dessa resultat indikerar att det nya korrelationstillståndet kan uppträda i "Magic Angle" vriden dubbelskiktsgrafen, lägre än den primära "magiska vinkeln", bortom den första mikroremsan av grafen. För att bygga dessa "magiska horn" vridna tvålagers grafenenheter använde teamet en "riv och stack"-metod. Strukturen mellan de hexagonala bornitridskikten (BN) är inkapslad; mönstrad till en Hall-stångsgeometri med flera trådar kopplade till Cr/Au (krom/guld) kantkontakter. Hela "Magic Angle" vridna tvålagers grafenanordning tillverkades ovanpå grafenskiktet som användes som bakdörr.
Forskare använder standard likström (DC) och växelström (AC) låstekniker för att mäta enheter i pumpade HE4 och HE3 kryostater. Teamet registrerade förhållandet mellan enhetens longitudinella resistans (Rxx) och det utökade grindspänningsområdet (VG) och beräknade magnetfältet B vid en temperatur på 1,7K. Litet elektronhålsasymmetri observerades vara en inneboende egenskap hos "Magic Angle" vridna tvåskiktsgrafenanordningar. Som observerats i tidigare rapporter, registrerade teamet dessa resultat och detaljerade rapporterna som har varit supraledande hittills. Den karakteristiska "Magic Angle" vrider den minsta vridningsvinkeln för tvåskiktsgrafenenheten. Med en närmare granskning av Landau fandiagram fick forskarna några anmärkningsvärda egenskaper.
Till exempel överensstämmer toppen vid halvfyllning och den tvåfaldiga degenereringen av Landau-nivån med de tidigare observerade Moment-liknande isoleringstillstånden. Teamet visade ett brott i symmetrin hos den ungefärliga spinndalen SU(4) och bildandet av en ny kvasipartikel Fermi-yta. Detaljerna kräver dock en mer detaljerad inspektion. Uppkomsten av supraledning observerades också, vilket ökade Rxx (longitudinell resistans), liknande tidigare studier. Teamet undersökte sedan den kritiska temperaturen (Tc) för den supraledande fasen. Eftersom inga data erhölls för optimal dopning av supraledare i detta prov, antog forskarna en kritisk temperatur på upp till 0,5K. Dessa enheter blir emellertid ineffektiva tills de kan erhålla tydliga data från det supraledande tillståndet. För att ytterligare undersöka det supraledande tillståndet, mätte forskarna enhetens fyra-terminala spänningsström (VI) egenskaper vid olika bärartätheter.
Resistansen som erhålls visar att superström observeras över ett större densitetsområde och visar undertryckning av superström när ett parallellt magnetfält appliceras. För att få insikt i beteendet som observerats i studien, beräknade forskarna Moir-bandstrukturen för "Magic Angle" vridna tvålagers grafenanordning med hjälp av Bistritzer-MacDonald-modellen och förbättrade parametrar. Jämfört med den tidigare beräkningen av "Magic Angle"-vinkeln är det beräknade lågenergibandet inte isolerat från högenergibandet. Även om enhetens vridningsvinkel är mindre än den "magiska vinkel"-vinkeln som beräknats på annat håll, har enheten ett fenomen som är starkt relaterat till tidigare studier (Mort-isolering och supraledning), vilket fysiker fann vara oväntat och genomförbart.
Efter ytterligare utvärdering av beteendet vid stora densiteter (antalet tillstånd tillgängliga för varje energi), tillskrivs egenskaperna som observerats av forskarna till de nyligen framväxande associerade isoleringstillstånden. I framtiden kommer en mer detaljerad studie av densitet av tillstånd (DOS) att genomföras för att förstå det udda tillståndet av isolering och för att avgöra om de kan klassificeras som kvantspinnvätskor. På detta sätt observerade forskare supraledning nära det Mox-liknande isolerande tillståndet i en vriden tvåskiktsgrafenanordning med en liten vridningsvinkel (0,93°). Denna studie visar att även vid så små vinklar och höga densiteter är effekten av elektronkorrelation på egenskaperna hos moiré densamma. I framtiden kommer isoleringsfasens spinndalar att studeras och en ny supraledande fas kommer att studeras vid lägre temperatur. Experimentell forskning kommer att kombineras med teoretiska ansträngningar för att förstå ursprunget till detta beteende.
Posttid: 2019-okt-08