Mohr çizgilerinin ve düz kuşakların bilim bilimi ve kuantum fiziğindeki "Sihirli Açı" bükülmüş çift katmanlı grafen (TBLG) adı verilen davranışı, birçok özelliği hararetli tartışmalarla karşı karşıya kalsa da, bilim adamlarının büyük ilgisini çekti. Science Progress dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, Emilio Colledo ile Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya'daki Fizik ve Malzeme Bilimi Bölümü'ndeki bilim adamları, bükülmüş çift katmanlı grafende süperiletkenlik ve analoji gözlemlediler. Mott yalıtkan durumu yaklaşık 0,93 derecelik bir bükülme açısına sahiptir. Bu açı, bir önceki çalışmada hesaplanan “sihirli açı” açısından (1,1°) %15 daha küçüktür. Bu çalışma, bükülmüş çift katmanlı grafenin "sihirli açı" aralığının önceden beklenenden daha büyük olduğunu göstermektedir.
Bu çalışma, kuantum fiziğindeki uygulamalar için bükülmüş çift katmanlı grafendeki güçlü kuantum olayını deşifre etmek için zengin miktarda yeni bilgi sağlar. Fizikçiler "Twistronics"i, grafende hareli ve düz bantlar üretmek için bitişik van der Waals katmanları arasındaki göreceli bükülme açısı olarak tanımlıyor. Bu konsept, akım akışını sağlamak için iki boyutlu malzemelere dayalı cihaz özelliklerini önemli ölçüde değiştirmek ve özelleştirmek için yeni ve benzersiz bir yöntem haline geldi. "Twistronics"in dikkate değer etkisi, araştırmacıların öncü çalışmasında örneklendi; iki tek katmanlı grafen katmanı, θ=1,1±0,1° "sihirli açı" bükülme açısıyla istiflendiğinde çok düz bir bant ortaya çıkıyor. .
Bu çalışmada, bükülmüş çift katmanlı grafende (TBLG), süper kafesin ilk mikroşeridinin (yapısal özellik) “sihirli açı”daki yalıtım fazı yarı doldurulmuştur. Araştırma ekibi, bunun biraz daha yüksek ve daha düşük katkılama seviyelerinde süperiletkenlik sergileyen bir Mott yalıtkanı (süper iletken özelliklere sahip bir yalıtkan) olduğunu belirledi. Faz diyagramı, süper iletken geçiş sıcaklığı (Tc) ile Fermi sıcaklığı (Tf) arasındaki yüksek sıcaklık süper iletkenini gösterir. Bu araştırma, grafen bant yapısı, topolojisi ve ek "Sihirli Açı" yarı iletken sistemleri üzerine büyük ilgiye ve teorik tartışmalara yol açtı. Orijinal teorik raporla karşılaştırıldığında deneysel araştırmalar nadirdir ve yeni başlamıştır. Bu çalışmada ekip, ilgili yalıtım ve süperiletken durumları gösteren "sihirli açı" bükülmüş çift katmanlı grafen üzerinde iletim ölçümleri gerçekleştirdi.
Beklenmedik şekilde bozulan 0,93 ± 0,01'lik açı, belirlenen "Sihirli Açı"dan %15 daha küçük olup, aynı zamanda bugüne kadar bildirilen en küçük açıdır ve süper iletken özellikler sergiler. Bu sonuçlar, yeni korelasyon durumunun, grafenin ilk mikroşeridinin ötesinde, birincil "sihirli açıdan" daha düşük olan "Sihirli Açı" bükülmüş iki katmanlı grafende görünebileceğini göstermektedir. Ekip, bu "sihirli boynuz" bükülmüş çift katmanlı grafen cihazlarını oluşturmak için "yırt ve istifle" yaklaşımını kullandı. Altıgen bor nitrür (BN) katmanları arasındaki yapı kapsüllenmiştir; Cr/Au (krom/altın) kenar kontaklarına bağlanan birden fazla telden oluşan bir Hall çubuk geometrisine göre tasarlanmıştır. "Magic Angle" bükümlü çift katmanlı grafen cihazının tamamı, arka kapı olarak kullanılan grafen katmanının üzerine üretildi.
Bilim insanları, pompalanan HE4 ve HE3 kriyostatlardaki cihazları ölçmek için standart doğru akım (DC) ve alternatif akım (AC) kilitleme tekniklerini kullanıyor. Ekip, cihazın uzunlamasına direnci (Rxx) ile genişletilmiş kapı voltajı (VG) aralığı arasındaki ilişkiyi kaydetti ve 1,7K sıcaklıkta manyetik alan B'yi hesapladı. Küçük elektron deliği asimetrisinin, "Sihirli Açı" bükülmüş çift katmanlı grafen cihazının doğal bir özelliği olduğu gözlemlendi. Önceki raporlarda da gözlemlendiği gibi ekip bu sonuçları kaydetti ve şu ana kadar süper iletken olan raporların ayrıntılarını verdi. Karakteristik "Sihirli Açı", iki katmanlı grafen cihazının minimum burulma açısını büküyor. Landau hayran tablosunun daha yakından incelenmesiyle araştırmacılar bazı dikkate değer özellikler elde etti.
Örneğin, yarı doluluktaki zirve ve Landau seviyesinin iki kat dejenerasyonu, daha önce gözlemlenen Moment benzeri yalıtım durumlarıyla tutarlıdır. Ekip, yaklaşık dönüş vadisi SU(4)'ün simetrisinde bir kırılma olduğunu ve yeni bir yarı parçacık Fermi yüzeyinin oluştuğunu gösterdi. Ancak detaylar daha detaylı bir incelemeyi gerektirir. Önceki çalışmalara benzer şekilde Rxx'i (uzunlamasına direnç) artıran süperiletkenliğin ortaya çıkışı da gözlemlendi. Ekip daha sonra süperiletken fazın kritik sıcaklığını (Tc) inceledi. Bu örnekte süperiletkenlerin optimum katkılanması için hiçbir veri elde edilemediğinden, bilim adamları kritik sıcaklığın 0,5K'ye kadar olduğunu varsaydılar. Ancak bu cihazlar süperiletken durumdan net veriler elde edilinceye kadar etkisiz hale gelir. Süper iletkenlik durumunu daha fazla araştırmak için araştırmacılar, cihazın dört terminalli voltaj-akım (VI) özelliklerini farklı taşıyıcı yoğunluklarında ölçtüler.
Elde edilen direnç, süper akımın daha geniş bir yoğunluk aralığında gözlemlendiğini ve paralel manyetik alan uygulandığında süper akımın bastırıldığını göstermektedir. Araştırmada gözlemlenen davranış hakkında bilgi edinmek için araştırmacılar, Bistritzer-MacDonald modelini ve iyileştirilmiş parametreleri kullanarak "Magic Angle" bükümlü çift katmanlı grafen cihazının Moir bant yapısını hesapladılar. “Sihirli Açı” açısının önceki hesaplamasıyla karşılaştırıldığında, hesaplanan düşük enerjili Moire bandı, yüksek enerji bandından izole edilmemiştir. Her ne kadar cihazın bükülme açısı başka bir yerde hesaplanan "sihirli açı" açısından daha küçük olsa da cihaz, fizikçilerin beklenmedik ve uygulanabilir bulduğu önceki çalışmalarla (Mort izolasyonu ve süperiletkenlik) güçlü bir şekilde ilişkili bir olguya sahiptir.
Büyük yoğunluklardaki davranışı (her enerjide mevcut olan durum sayısı) daha ayrıntılı olarak değerlendirdikten sonra, bilim adamları tarafından gözlemlenen özellikler, yeni ortaya çıkan ilgili yalıtım durumlarına atfedilir. Gelecekte, yalıtımın tek durumunu anlamak ve bunların kuantum spin sıvıları olarak sınıflandırılıp sınıflandırılamayacağını belirlemek için durum yoğunluğuna (DOS) ilişkin daha ayrıntılı bir çalışma gerçekleştirilecektir. Bu şekilde bilim insanları, küçük bir bükülme açısına (0,93°) sahip bükülmüş iki katmanlı bir grafen cihazında Mox benzeri yalıtım durumuna yakın süperiletkenliği gözlemlediler. Bu çalışma, bu kadar küçük açılarda ve yüksek yoğunluklarda bile elektron korelasyonunun hareli özellikleri üzerindeki etkisinin aynı olduğunu göstermektedir. Gelecekte, yalıtım fazının dönüş vadileri incelenecek ve daha düşük sıcaklıkta yeni bir süperiletken faz üzerinde çalışılacaktır. Deneysel araştırmalar, bu davranışın kökenini anlamaya yönelik teorik çabalarla birleştirilecektir.
Gönderim zamanı: Ekim-08-2019