Die gedrag van Mohr-strepe en plat gordels in die wetenskap van wetenskap en kwantumfisika, genaamd "Magic Angle" gedraaide dubbellaaggrafeen (TBLG), het groot belangstelling van wetenskaplikes gewek, hoewel baie eienskappe verhitte debat in die gesig staar. In 'n nuwe studie gepubliseer in die tydskrif Science Progress, het Emilio Colledo en wetenskaplikes in die Departement Fisika en Materiaalkunde in die Verenigde State en Japan supergeleiding en analogie in gedraaide dubbellaaggrafeen waargeneem. Die Mott-isolatortoestand het 'n draaihoek van ongeveer 0.93 grade. Hierdie hoek is 15% kleiner as die "magiese hoek"-hoek (1.1°) wat in die vorige studie bereken is. Hierdie studie toon dat die "magiese hoek"-reeks van gedraaide dubbellaaggrafeen groter is as wat voorheen verwag is.
Hierdie studie bied 'n rykdom van nuwe inligting vir die ontsyfering van die sterk kwantumverskynsels in gedraaide dubbellaag-grafeen vir toepassings in kwantumfisika. Fisici definieer "Twistronics" as die relatiewe draaihoek tussen aangrensende van der Waals-lae om moiré- en plat bande in grafeen te produseer. Hierdie konsep het 'n nuwe en unieke metode geword om toesteleienskappe gebaseer op tweedimensionele materiale aansienlik te verander en aan te pas om stroomvloei te bereik. Die merkwaardige effek van "Twistronics" is geïllustreer in die baanbrekerswerk van die navorsers, wat demonstreer dat wanneer twee enkellaag-grafeenlae teen 'n "magiese hoek"-draaihoek van θ=1.1±0.1° gestapel word, 'n baie plat band verskyn.
In hierdie studie, in die gedraaide dubbellaaggrafeen (TBLG), was die isolerende fase van die eerste mikrostrook (strukturele kenmerk) van die superrooster by die "magiese hoek" halfgevul. Die navorsingspan het bepaal dat dit 'n Mott-isolator (’n isolator met supergeleidende eienskappe) is wat supergeleiding by effens hoër en laer doteringsvlakke vertoon. Die fasediagram toon die hoëtemperatuur-supergeleier tussen die supergeleidende oorgangstemperatuur (Tc) en die Fermi-temperatuur (Tf). Hierdie navorsing het gelei tot groot belangstelling en teoretiese debat oor grafeenbandstruktuur, topologie en bykomende "Magiese Hoek"-halfgeleierstelsels. In vergelyking met die oorspronklike teoretiese verslag, is eksperimentele navorsing skaars en het dit pas begin. In hierdie studie het die span transmissiemetings op die "magiese hoek"-gedraaide dubbellaaggrafeen uitgevoer wat die relevante isolerende en supergeleidende toestande toon.
'n Onverwags verwronge hoek van 0.93 ± 0.01, wat 15% kleiner is as die gevestigde "Magiese Hoek", is ook die kleinste wat tot op datum gerapporteer is en vertoon supergeleidende eienskappe. Hierdie resultate dui daarop dat die nuwe korrelasietoestand in die "Magiese Hoek" gedraaide dubbellaag-grafeen kan verskyn, laer as die primêre "magiese hoek", verder as die eerste mikrostrook grafeen. Om hierdie "magoriese horing" gedraaide dubbellaag-grafeentoestelle te bou, het die span 'n "skeur-en-stapel"-benadering gebruik. Die struktuur tussen die seshoekige boornitried (BN)-lae is ingekapsuleer; gepatroneer in 'n Hall-staafgeometrie met veelvuldige drade gekoppel aan Cr/Au (chroom/goud) randkontakte. Die hele "Magiese Hoek" gedraaide dubbellaag-grafeentoestel is vervaardig bo-op die grafeenlaag wat as die agterhek gebruik word.
Wetenskaplikes gebruik standaard gelykstroom (GS) en wisselstroom (WS) sluittegnieke om toestelle in gepompte HE4 en HE3 kriostate te meet. Die span het die verhouding tussen die toestel se longitudinale weerstand (Rxx) en die uitgebreide hekspanning (VG) reeks aangeteken en die magneetveld B by 'n temperatuur van 1.7K bereken. Klein elektron-gat asimmetrie is waargeneem as 'n inherente eienskap van die "Magic Angle" gedraaide dubbellaag grafeen toestel. Soos waargeneem in vorige verslae, het die span hierdie resultate aangeteken en die verslae wat tot dusver supergeleidend was, in detail uiteengesit. Die kenmerkende "Magic Angle" draai die minimum torsiehoek van die dubbellaag grafeen toestel. Met 'n nadere ondersoek van die Landau-waaierkaart het die navorsers 'n paar noemenswaardige kenmerke verkry.
Byvoorbeeld, die piek by halfvulling en die tweevoudige degenerasie van die Landau-vlak is in ooreenstemming met die voorheen waargenome Moment-agtige isolasietoestande. Die span het 'n breuk in die simmetrie van die benaderde spinvallei SU(4) en die vorming van 'n nuwe kwasi-deeltjie Fermi-oppervlak getoon. Die besonderhede vereis egter 'n meer gedetailleerde inspeksie. Die verskyning van supergeleiding is ook waargeneem, wat Rxx (longitudinale weerstand) verhoog het, soortgelyk aan vorige studies. Die span het toe die kritieke temperatuur (Tc) van die supergeleidende fase ondersoek. Aangesien geen data verkry is vir optimale dotering van supergeleiers in hierdie monster nie, het die wetenskaplikes 'n kritieke temperatuur van tot 0.5K aangeneem. Hierdie toestelle word egter ondoeltreffend totdat hulle duidelike data van die supergeleidende toestand kan verkry. Om die supergeleidende toestand verder te ondersoek, het die navorsers die vier-terminale spanning-stroom (VI) eienskappe van die toestel by verskillende draerdigthede gemeet.
Die verkrygde weerstand toon dat superstroom oor 'n groter digtheidsbereik waargeneem word en toon die onderdrukking van superstroom wanneer 'n parallelle magneetveld toegepas word. Om insig te verkry in die gedrag wat in die studie waargeneem is, het die navorsers die Moir-bandstruktuur van die "Magic Angle" gedraaide dubbellaag-grafeentoestel bereken met behulp van die Bistritzer-MacDonald-model en verbeterde parameters. In vergelyking met die vorige berekening van die "Magic Angle"-hoek, is die berekende lae-energie Moire-band nie geïsoleer van die hoë-energieband nie. Alhoewel die toestel se draaihoek kleiner is as die "magiese hoek"-hoek wat elders bereken is, het die toestel 'n verskynsel wat sterk verband hou met vorige studies (Mort-isolasie en supergeleiding), wat fisici as onverwags en haalbaar bevind het.
Na verdere evaluering van die gedrag by groot digthede (die aantal toestande beskikbaar op elke energie), word die eienskappe wat deur die wetenskaplikes waargeneem is, toegeskryf aan die nuut opkomende geassosieerde isolasietoestande. In die toekoms sal 'n meer gedetailleerde studie van digtheid van toestande (DOS) uitgevoer word om die vreemde toestand van isolasie te verstaan en te bepaal of hulle as kwantumspinvloeistowwe geklassifiseer kan word. Op hierdie manier het wetenskaplikes supergeleiding naby die Mox-agtige isolerende toestand in 'n gedraaide dubbellaag-grafeentoestel met 'n klein draaihoek (0.93°) waargeneem. Hierdie studie toon dat selfs by sulke klein hoeke en hoë digthede, die effek van elektronkorrelasie op die eienskappe van moiré dieselfde is. In die toekoms sal die spinvalleie van die isolerende fase bestudeer word, en 'n nuwe supergeleidende fase sal by 'n laer temperatuur bestudeer word. Eksperimentele navorsing sal gekombineer word met teoretiese pogings om die oorsprong van hierdie gedrag te verstaan.
Plasingstyd: 8 Oktober 2019