Ang pag-uugali ng mga Mohr stripes at flat belts sa agham ng agham at quantum physics na tinatawag na "Magic Angle" twisted bilayer graphene (TBLG) ay nakakuha ng malaking interes mula sa mga siyentipiko, bagama't maraming pag-aari ang nahaharap sa mainit na debate. Sa isang bagong pag-aaral na inilathala sa journal Science Progress, si Emilio Colledo at mga siyentipiko sa Department of Physics and Materials Science sa Estados Unidos at Japan ay naobserbahan ang superconductivity at pagkakatulad sa twisted bilayer graphene. Ang Mott insulator state ay may twist angle na humigit-kumulang 0.93 degrees. Ang anggulong ito ay 15% na mas maliit kaysa sa "magic angle" na anggulo (1.1°) na kinakalkula sa nakaraang pag-aaral. Ipinapakita ng pag-aaral na ito na ang hanay ng "magic angle" ng twisted bilayer graphene ay mas malaki kaysa sa naunang inaasahan.
Ang pag-aaral na ito ay nagbibigay ng maraming bagong impormasyon para sa pag-decipher ng malakas na quantum phenomena sa twisted bilayer graphene para sa mga aplikasyon sa quantum physics. Tinukoy ng mga physicist ang "Twistronics" bilang ang relatibong twist angle sa pagitan ng katabing mga layer ng van der Waals upang makagawa ng moiré at flat bands sa graphene. Ang konseptong ito ay naging bago at natatanging paraan para sa makabuluhang pagbabago at pagpapasadya ng mga katangian ng device batay sa dalawang-dimensional na materyales upang makamit ang kasalukuyang daloy. Ang kahanga-hangang epekto ng "Twistronics" ay ipinakita sa pangunguna ng mga mananaliksik, na nagpapakita na kapag ang dalawang single-layer na graphene layer ay nakasalansan sa isang "magic angle" na twist angle na θ=1.1±0.1°, isang napaka-flat na banda ang lilitaw. .
Sa pag-aaral na ito, sa twisted bilayer graphene (TBLG), ang insulating phase ng unang microstrip (structural feature) ng superlattice sa "magic angle" ay semi-filled. Natukoy ng pangkat ng pananaliksik na ito ay isang Mott insulator (isang insulator na may superconducting properties) na nagpapakita ng superconductivity sa bahagyang mas mataas at mas mababang antas ng doping. Ang phase diagram ay nagpapakita ng mataas na temperatura superconductor sa pagitan ng superconducting transition temperature (Tc) at ng Fermi temperature (Tf). Ang pananaliksik na ito ay humantong sa malaking interes at teoretikal na debate sa graphene band structure, topology at karagdagang "Magic Angle" na semiconductor system. Kung ikukumpara sa orihinal na teoretikal na ulat, ang pang-eksperimentong pananaliksik ay bihira at kasisimula pa lamang. Sa pag-aaral na ito, ang koponan ay nagsagawa ng mga pagsukat ng transmission sa "magic angle" na pinaikot na bilayer graphene na nagpapakita ng mga nauugnay na estado ng insulating at superconducting.
Ang isang hindi inaasahang pangit na anggulo na 0.93 ± 0.01, na 15% na mas maliit kaysa sa itinatag na "Magic Angle", ay din ang pinakamaliit na naiulat hanggang sa kasalukuyan at nagpapakita ng mga superconducting na katangian. Ang mga resultang ito ay nagpapahiwatig na ang bagong estado ng ugnayan ay maaaring lumitaw sa "Magic Angle" na pinaikot na bilayer graphene, na mas mababa kaysa sa pangunahing "magic angle", lampas sa unang microstrip ng graphene. Para buuin ang mga "magic horn" na mga twisted bilayer graphene device na ito, gumamit ang team ng "tear and stack" approach. Ang istraktura sa pagitan ng hexagonal boron nitride (BN) layers ay encapsulated; naka-pattern sa isang Hall rod geometry na may maraming wire na pinagsama sa mga contact sa gilid ng Cr/Au (chromium/gold). Ang buong "Magic Angle" twisted bilayer graphene device ay ginawa sa ibabaw ng graphene layer na ginamit bilang back gate.
Gumagamit ang mga siyentipiko ng standard na direct current (DC) at alternating current (AC) na mga diskarte sa pag-lock upang sukatin ang mga device sa pumped HE4 at HE3 cryostats. Naitala ng team ang kaugnayan sa pagitan ng longitudinal resistance (Rxx) ng device at ang extended gate voltage (VG) range at kinakalkula ang magnetic field B sa temperaturang 1.7K. Ang maliit na electron-hole asymmetry ay naobserbahan na isang likas na pag-aari ng "Magic Angle" na pinaikot na bilayer graphene na aparato. Gaya ng naobserbahan sa mga nakaraang ulat, naitala ng koponan ang mga resultang ito at idinetalye ang mga ulat na superconducting sa ngayon. Ang katangiang "Magic Angle" ay pinipilipit ang pinakamababang anggulo ng torsion ng bilayer graphene device. Sa isang mas malapit na pagsusuri sa Landau fan chart, ang mga mananaliksik ay nakakuha ng ilang mga kapansin-pansing tampok.
Halimbawa, ang peak sa half fill at ang two-fold degeneracy ng Landau level ay pare-pareho sa naunang naobserbahang Moment-like insulation states. Nagpakita ang team ng break sa symmetry ng tinatayang spin valley SU(4) at ang pagbuo ng bagong quasi-particle Fermi surface. Gayunpaman, ang mga detalye ay nangangailangan ng mas detalyadong inspeksyon. Ang hitsura ng superconductivity ay naobserbahan din, na nadagdagan ang Rxx (paayon na pagtutol), katulad ng mga nakaraang pag-aaral. Sinuri ng koponan ang kritikal na temperatura (Tc) ng superconducting phase. Dahil walang data na nakuha para sa pinakamainam na doping ng mga superconductor sa sample na ito, ipinalagay ng mga siyentipiko ang isang kritikal na temperatura na hanggang 0.5K. Gayunpaman, nagiging hindi epektibo ang mga device na ito hanggang sa makakuha sila ng malinaw na data mula sa superconducting state. Upang higit pang imbestigahan ang estado ng superconducting, sinukat ng mga mananaliksik ang mga katangian ng four-terminal voltage-current (VI) ng device sa iba't ibang density ng carrier.
Ang paglaban na nakuha ay nagpapakita na ang super current ay sinusunod sa isang mas malaking hanay ng density at nagpapakita ng pagsugpo ng super current kapag ang isang parallel magnetic field ay inilapat. Upang makakuha ng insight sa pag-uugali na naobserbahan sa pag-aaral, kinakalkula ng mga mananaliksik ang istraktura ng Moir band ng "Magic Angle" twisted bilayer graphene device gamit ang modelong Bistritzer-MacDonald at pinahusay na mga parameter. Kung ikukumpara sa nakaraang pagkalkula ng anggulo ng "Magic Angle", ang kalkuladong mababang enerhiya na Moire band ay hindi nakahiwalay sa high energy band. Bagama't mas maliit ang twist angle ng device kaysa sa "magic angle" na anggulo na kinakalkula sa ibang lugar, ang device ay may isang phenomenon na malakas na nauugnay sa mga nakaraang pag-aaral (Mort insulation at superconductivity), na natuklasan ng mga physicist na hindi inaasahan at magagawa.
Pagkatapos ng karagdagang pagsusuri sa pag-uugali sa malalaking densidad (ang bilang ng mga estado na magagamit sa bawat enerhiya), ang mga katangiang naobserbahan ng mga siyentipiko ay iniuugnay sa mga bagong umuusbong na nauugnay na mga estado ng pagkakabukod. Sa hinaharap, isasagawa ang mas detalyadong pag-aaral ng density of states (DOS) upang maunawaan ang kakaibang estado ng pagkakabukod at upang matukoy kung maaari silang mauri bilang mga quantum spin liquid. Sa ganitong paraan, naobserbahan ng mga siyentipiko ang superconductivity malapit sa Mox-like insulating state sa isang twisted bilayer graphene device na may maliit na twist angle (0.93°). Ang pag-aaral na ito ay nagpapakita na kahit na sa gayong maliliit na anggulo at mataas na densidad, ang epekto ng electron correlation sa mga katangian ng moiré ay pareho. Sa hinaharap, ang mga spin valley ng insulating phase ay pag-aaralan, at isang bagong superconducting phase ang pag-aaralan sa mas mababang temperatura. Ang eksperimental na pananaliksik ay isasama sa teoretikal na pagsisikap upang maunawaan ang pinagmulan ng pag-uugaling ito.
Oras ng post: Okt-08-2019