گرافېننىڭ ئۇلترا ئۆتكۈزۈشچانلىقى تېخىمۇ جەلپكار! ئەڭ يېڭى بايقاش: گرافېندىكى «سېھىرلىك بۇلۇڭ» نىڭ دائىرىسى مۆلچەردىكىدىن چوڭ

ئىلىم-پەن ۋە كىۋانت فىزىكىسى ئىلمىدىكى «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن (TBLG) دەپ ئاتىلىدىغان موخ سىزىقلىرى ۋە تەكشى بەلۋاغلارنىڭ ھەرىكىتى ئالىملارنىڭ زور قىزىقىشىنى قوزغىدى ، گەرچە نۇرغۇن خۇسۇسىيەتلەر قىزغىن مۇنازىرىگە دۇچ كەلگەن بولسىمۇ. ئېمىلىيو كوللېدو ۋە ئامېرىكا ۋە ياپونىيە فىزىكا ۋە ماتېرىيال ئىلمى فاكۇلتېتىدىكى ئالىملار «ئىلگىرلەش ئىلمى» ژۇرنىلىدا ئېلان قىلىنغان بىر تۈرلۈك يېڭى تەتقىقاتتا بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېندا ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچلۈك ۋە ئوخشىتىشنى كۆزەتكەن. Mott ئىزولياتور ھالىتىنىڭ بۇرۇلۇش بۇلۇڭى تەخمىنەن 0.93 گرادۇس. بۇ بۇلۇڭ ئالدىنقى تەتقىقاتتا ھېسابلانغان «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇلۇڭى (1.1 °) دىن% 15 كىچىك. بۇ تەتقىقاتتا كۆرسىتىلىشچە ، بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېننىڭ «سېھىرلىك بۇلۇڭى» دائىرىسى ئىلگىرىكى مۆلچەردىن چوڭ.

بۇ تەتقىقات كىۋانت فىزىكىسىدىكى قوللىنىشچان پروگراممىلارنىڭ بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېندىكى كۈچلۈك كىۋانت ھادىسىلىرىنى يېشىش ئۈچۈن نۇرغۇن يېڭى ئۇچۇرلار بىلەن تەمىنلەيدۇ. فىزىكا ئالىملىرى «Twistronics» نى قوشنا ۋان دېر ۋالس قەۋىتى ئوتتۇرىسىدىكى نىسپىي بۇرۇلۇش بۇلۇڭى دەپ ئېنىقلاپ ، گرافېندا نەم ۋە تەكشى بەلۋاغ ھاسىل قىلىدۇ. بۇ ئۇقۇم نۆۋەتتىكى ئېقىمىغا ئېرىشىش ئۈچۈن ئىككى ئۆلچەملىك ماتېرىيالنى ئاساس قىلغان ئۈسكۈنىلەرنىڭ خۇسۇسىيىتىنى كۆرۈنەرلىك ئۆزگەرتىش ۋە خاسلاشتۇرۇشنىڭ يېڭى ۋە ئۆزگىچە ئۇسۇلىغا ئايلاندى. «Twistronics» نىڭ كۆرۈنەرلىك ئۈنۈمى تەتقىقاتچىلارنىڭ باشلامچىلىق خىزمىتىدە مىسال كەلتۈرۈلۈپ ، يەككە قەۋەتلىك گرافېن قەۋىتىنىڭ θ = 1.1 ± 0.1 ° لىك «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرۇلۇش بۇلۇڭىغا تىزىپ قويۇلغانلىقىنى كۆرسىتىپ بەردى. .

بۇ تەتقىقاتتا ، بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېندا (TBLG) ، «سېھىرلىك بۇلۇڭ» دىكى دەرىجىدىن تاشقىرى ئېلېكتر ئۈسكۈنىسىنىڭ بىرىنچى مىكرو سىستىما (قۇرۇلما ئالاھىدىلىكى) نىڭ ئىزولياتسىيىلىك باسقۇچى يېرىم تولدۇرۇلدى. تەتقىقات گۇرۇپپىسى بۇنىڭ Mott ئىزولياتور (ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچ خۇسۇسىيىتى بار ئىزولياتور) ئىكەنلىكىنى ، دەرىجىدىن تاشقىرى ئۆتكۈزگۈچلۈكنى سەل يۇقىرى ۋە تۆۋەن دەرىجىدىكى دوپپا سەۋىيىسىدە نامايان قىلىدىغانلىقىنى بەلگىلىدى. فازا دىئاگراممىسىدا ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچ ئۆتكۈنچى تېمپېراتۇرا (Tc) بىلەن فېرمى تېمپېراتۇرىسى (Tf) ئوتتۇرىسىدىكى يۇقىرى تېمپېراتۇرا ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچ كۆرسىتىلدى. بۇ تەتقىقات گرافېن بەلۋاغ قۇرۇلمىسى ، توپولوگىيە ۋە قوشۇمچە «سېھىرلىك بۇلۇڭ» يېرىم ئۆتكۈزگۈچ سىستېمىسى ھەققىدە زور قىزىقىش ۋە نەزەرىيەۋى مۇنازىرە قوزغىدى. ئەسلى نەزەرىيەۋى دوكلاتقا سېلىشتۇرغاندا ، تەجرىبە تەتقىقاتى ناھايىتى ئاز ئۇچرايدۇ ۋە ئەمدىلا باشلاندى. بۇ تەتقىقاتتا ، گۇرۇپپا «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېندا توك يەتكۈزۈش ئۆلچەش ئېلىپ بېرىپ ، مۇناسىۋەتلىك ئىزولياتورلۇق ۋە ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچ ھالەتنى كۆرسەتتى.

ئويلىمىغان يەردىن بۇرمىلانغان بۇلۇڭ 0.93 ± 0.01 بولۇپ ، تەسىس قىلىنغان «سېھىرلىك بۇلۇڭ» دىن% 15 كىچىك ، ئۇمۇ بۈگۈنگە قەدەر دوكلات قىلىنغان ئەڭ كىچىك بولۇپ ، ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچ خۇسۇسىيىتىنى نامايان قىلىدۇ. بۇ نەتىجىلەر يېڭى باغلىنىش ھالىتىنىڭ «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېندا پەيدا بولىدىغانلىقىنى ، دەسلەپكى «سېھىرلىك بۇلۇڭ» دىن تۆۋەن ، گرافېننىڭ تۇنجى مىكرو سىستىمىسىدىن ھالقىپ كەتكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. بۇ «سېھىرلىك مۈڭگۈز» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىلىرىنى ياساش ئۈچۈن ، گۇرۇپپا «ياش ۋە دۆۋىلەش» ئۇسۇلىنى قوللانغان. ئالتە تەرەپلىك بور نىترىد (BN) قەۋىتى ئوتتۇرىسىدىكى قۇرۇلما ئۆز ئىچىگە ئېلىنغان. Cr / Au (خىروم / ئالتۇن) گىرۋەك ئالاقىسى بىلەن تۇتاشتۇرۇلغان بىر نەچچە سىم بىلەن زال تاياق گېئومېتىرىيىسىگە تەقلىد قىلىنغان. پۈتكۈل «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىسى ئارقا دەرۋازا ئورنىدا ئىشلىتىلىدىغان گرافېن قەۋىتىنىڭ ئۈستىگە توقۇلغان.

ئالىملار ئۆلچەملىك بىۋاسىتە توك (DC) ۋە ئالمىشىشچان توك (AC) قۇلۇپلاش تېخنىكىسىنى ئىشلىتىپ پومپىدىن ياسالغان HE4 ۋە HE3 كرىستاللىرىدىكى ئۈسكۈنىلەرنى ئۆلچەيدۇ. بۇ گۇرۇپپا ئۈسكۈنىنىڭ ئۇزۇنغا سوزۇلغان قارشىلىق كۈچى (Rxx) بىلەن كېڭەيتىلگەن دەرۋازا بېسىمى (VG) ئارىلىقىنىڭ مۇناسىۋىتىنى خاتىرىلەپ ، ماگنىت مەيدانى B نى 1.7K تېمپېراتۇرىدا ھېسابلىدى. كىچىك ئېلېكترونلۇق تۆشۈك سىممېترىكلىكىنىڭ «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىسىنىڭ ئۆزىگە خاس خۇسۇسىيىتى ئىكەنلىكى بايقالدى. ئىلگىرىكى دوكلاتلاردا كۆرسىتىلگەندەك ، گۇرۇپپا بۇ نەتىجىلەرنى خاتىرىلەپ ، ھازىرغىچە دەرىجىدىن تاشقىرى ئۆتكۈزگەن دوكلاتلارنى تەپسىلىي بايان قىلدى. ئالاھىدىلىككە ئىگە «سېھىرلىك بۇلۇڭ» قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىسىنىڭ ئەڭ تۆۋەن تورسىمان بۇلۇڭىنى بۇرايدۇ. لەنداۋ مەستانىلىرى جەدۋىلىنى ئىنچىكە تەكشۈرگەندە ، تەتقىقاتچىلار بىر قىسىم كۆرۈنەرلىك ئىقتىدارلارغا ئېرىشتى.

مەسىلەن ، يېرىم تولدۇرۇشنىڭ يۇقىرى پەللىسى ۋە لانداۋ سەۋىيىسىنىڭ ئىككى ھەسسە ناچارلىشىشى ئىلگىرى كۆزىتىلگەن دەقىقىلەرگە ئوخشاش ئىزولياتورلۇق ھالىتى بىلەن بىردەك. بۇ ئەترەت تەخمىنەن ئايلانما جىلغا SU (4) نىڭ سىممېترىكلىكىدە بۆسۈش ھاسىل قىلىپ ، يېڭى كاسسى زەررىچىسى فېرمى يۈزىنىڭ شەكىللەنگەنلىكىنى كۆرسەتتى. قانداقلا بولمىسۇن ، تەپسىلاتلار تېخىمۇ تەپسىلىي تەكشۈرۈشنى تەلەپ قىلىدۇ. ئادەتتىن تاشقىرى ئۆتكۈزگۈچلۈكنىڭ تاشقى كۆرۈنۈشىمۇ كۆرۈلگەن بولۇپ ، ئىلگىرىكى تەتقىقاتلارغا ئوخشاش Rxx (ئۇزۇنغا سوزۇلغان قارشىلىق) نى ئاشۇرغان. بۇ گۇرۇپپا ئاندىن ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچ باسقۇچىنىڭ ھالقىلىق تېمپېراتۇرىسىنى (Tc) تەكشۈردى. بۇ ئەۋرىشكىدە ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچنى ئەڭ ياخشى دورا ئىشلىتىش ئۈچۈن ھېچقانداق سانلىق مەلۇماتقا ئېرىشەلمىگەچكە ، ئالىملار ھالقىلىق تېمپېراتۇرىنى 0.5K گە يەتكۈزدى. قانداقلا بولمىسۇن ، بۇ ئۈسكۈنىلەر ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچ ھالىتىدىن ئېنىق سانلىق مەلۇماتقا ئېرىشكۈچە ئۈنۈمسىز بولۇپ قالىدۇ. ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچ ھالىتىنى تېخىمۇ ئىچكىرلەپ تەكشۈرۈش ئۈچۈن ، تەتقىقاتچىلار ئوخشىمىغان توشۇغۇچى زىچلىقىدىكى ئۈسكۈنىنىڭ تۆت تېرمىناللىق توك بېسىمى (VI) ئالاھىدىلىكىنى ئۆلچەپ چىقتى.

ئېرىشىلگەن قارشىلىق شۇنى كۆرسىتىپ بېرىدۇكى ، دەرىجىدىن تاشقىرى توك تېخىمۇ چوڭ زىچلىق دائىرىسىدە كۆزىتىلىدۇ ھەمدە پاراللېل ماگنىت مەيدانى قوللىنىلغاندا دەرىجىدىن تاشقىرى توكنىڭ بېسىلىشىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. تەتقىقاتتا كۆزىتىلگەن ھەرىكەتكە بولغان چۈشەنچىگە ئېرىشىش ئۈچۈن ، تەتقىقاتچىلار Bistritzer-MacDonald مودېلى ئارقىلىق «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىسىنىڭ Moir مۇزىكا قۇرۇلمىسىنى ھېسابلاپ ، پارامېتىرلىرىنى ياخشىلىدى. ئىلگىرىكى «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇلۇڭىنى ھېسابلاشقا سېلىشتۇرغاندا ، ھېسابلانغان تۆۋەن ئېنېرگىيىلىك Moire بەلبېغى يۇقىرى ئېنېرگىيە بەلبېغىدىن ئايرىلمايدۇ. گەرچە بۇ ئۈسكۈنىنىڭ بۇرۇلۇش بۇلۇڭى باشقا جايدا ھېسابلانغان «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇلۇڭىدىن كىچىك بولسىمۇ ، ئەمما بۇ ئۈسكۈنىدە ئىلگىرىكى تەتقىقاتلار (مورت ئىزولياتسىيىلىك ۋە ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچلۈك) بىلەن كۈچلۈك مۇناسىۋەتلىك ھادىسە بار ، فىزىكا ئالىملىرى ئويلىمىغان ۋە مۇمكىن بولىدىغان دەپ قارىدى.

چوڭ زىچلىقتىكى ھەرىكەتنى (ھەر بىر ئېنېرگىيىدە بار شىتاتلارنىڭ سانى) يەنىمۇ ئىلگىرىلىگەن ھالدا باھالىغاندىن كېيىن ، ئالىملار كۈزەتكەن ئالاھىدىلىكلەر يېڭىدىن بارلىققا كەلگەن مۇناسىۋەتلىك ئىزولياتسىيىلىك دۆلەتلەرگە مەنسۇپ. كەلگۈسىدە شتاتلارنىڭ زىچلىقى (DOS) توغرىسىدا تېخىمۇ تەپسىلىي تەتقىقات ئېلىپ بېرىلىپ ، ئىزولياتورنىڭ غەلىتە ھالىتىنى چۈشىنىش ۋە ئۇلارنىڭ كىۋانت ئايلانما سۇيۇقلۇق دەپ تۈرگە ئايرىش-ئايرىلماسلىقىنى ئېنىقلاش ئېلىپ بېرىلىدۇ. بۇنداق بولغاندا ، ئالىملار كىچىك بۇرۇلۇش بۇلۇڭى (0.93 °) بولغان بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىسىدە موكىسقا ئوخشاش ئىزولياتورلۇق ھالىتىگە يېقىن جايدا ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچلۈكنى كۆزىتتى. بۇ تەتقىقات شۇنى ئىسپاتلىدىكى ، بۇنداق كىچىك بۇلۇڭلار ۋە يۇقىرى زىچلىقتىمۇ ئېلېكترونلۇق باغلىنىشنىڭ نەملىكنىڭ خۇسۇسىيىتىگە بولغان تەسىرى ئوخشاش. كەلگۈسىدە ئىزولياتسىيىلەش باسقۇچىنىڭ ئايلانما جىلغىسى تەتقىق قىلىنىدۇ ، تۆۋەن تېمپېراتۇرىدا يېڭى ئۇلترا ئۆتكۈزگۈچ باسقۇچى تەتقىق قىلىنىدۇ. تەجرىبە تەتقىقاتى نەزەرىيەۋى تىرىشچانلىق بىلەن بىرلەشتۈرۈلۈپ ، بۇ ھەرىكەتنىڭ كېلىپ چىقىشىنى چۈشىنىدۇ.