Mohr zolaqlarının və düz kəmərlərinin elm və kvant fizikası elmində "Sehrli Bucaq" adlanan bükülmüş ikiqatlı qrafen (TBLG) davranışı alimlərin böyük marağına səbəb olub, baxmayaraq ki, bir çox xüsusiyyətləri qızğın müzakirələrə səbəb olur. "Science Progress" jurnalında dərc olunmuş yeni bir araşdırmada Emilio Colledo və ABŞ və Yaponiyanın Fizika və Material Elmləri Departamentinin alimləri bükülmüş ikiqatlı qrafendə superkeçiricilik və analogiya müşahidə ediblər. Mott izolyator vəziyyətinin bükülmə bucağı təxminən 0,93 dərəcədir. Bu bucaq əvvəlki tədqiqatda hesablanmış "sehrli bucaq" bucağından (1,1°) 15% kiçikdir. Bu tədqiqat göstərir ki, bükülmüş ikiqatlı qrafenin "sehrli bucaq" diapazonu əvvəllər gözləniləndən daha böyükdür.
Bu tədqiqat, kvant fizikasında tətbiqlər üçün bükülmüş ikiqatlı qrafendəki güclü kvant fenomenlərini deşifrə etmək üçün zəngin yeni məlumatlar təqdim edir. Fiziklər "Twistronika"nı qrafendə muar və düz zolaqlar yaratmaq üçün bitişik van der Waals təbəqələri arasındakı nisbi bükülmə bucağı kimi təyin edirlər. Bu konsepsiya cərəyan axınına nail olmaq üçün ikiölçülü materiallara əsaslanan cihaz xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirmək və fərdiləşdirmək üçün yeni və unikal bir metod halına gəlmişdir. "Twistronika"nın diqqətəlayiq təsiri tədqiqatçıların qabaqcıl işlərində öz əksini tapmış və iki təkqatlı qrafen təbəqəsinin θ=1.1±0.1° "sehrli bucaq" bükülmə bucağında üst-üstə qoyulduğu zaman çox düz bir zolaq əmələ gəldiyini nümayiş etdirmişdir.
Bu tədqiqatda, burulmuş ikiqat təbəqəli qrafendə (TBLG), "sehrli bucaq"dakı super qəfəsin ilk mikrozolağın (struktur xüsusiyyəti) izolyasiya fazası yarı doldurulmuşdur. Tədqiqat qrupu bunun bir qədər yüksək və aşağı aşqarlama səviyyələrində super keçiricilik nümayiş etdirən Mott izolyatoru (super keçirici xüsusiyyətlərə malik izolyator) olduğunu müəyyən etdi. Faza diaqramı super keçirici keçid temperaturu (Tc) ilə Fermi temperaturu (Tf) arasındakı yüksək temperaturlu super keçiricini göstərir. Bu tədqiqat qrafen zolağının quruluşu, topologiyası və əlavə "Sehrli Bucaq" yarımkeçirici sistemləri ilə bağlı böyük marağa və nəzəri müzakirələrə səbəb oldu. Orijinal nəzəri hesabatla müqayisədə eksperimental tədqiqat nadirdir və yeni başlayıb. Bu tədqiqatda komanda müvafiq izolyasiya və super keçirici vəziyyətləri göstərən "sehrli bucaq" burulmuş ikiqat təbəqəli qrafen üzərində ötürmə ölçmələri apardı.
Müəyyən edilmiş "Sehrli Bucaq"dan 15% kiçik olan gözlənilmədən təhrif olunmuş 0,93 ± 0,01 bucaq da bu günə qədər bildirilən ən kiçik bucaqdır və ifrat keçirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Bu nəticələr göstərir ki, yeni korrelyasiya vəziyyəti "Sehrli Bucaq" bükülmüş ikiqat təbəqəli qrafendə, ilkin "sehrli bucaq"dan daha aşağı, qrafenin ilk mikrozolağından kənarda görünə bilər. Bu "sehrli buynuz" bükülmüş ikiqat təbəqəli qrafen cihazlarını qurmaq üçün komanda "cırmaq və yığmaq" yanaşmasından istifadə etdi. Altıbucaqlı bor nitridi (BN) təbəqələri arasındakı quruluş kapsullaşdırılıb; Cr/Au (xrom/qızıl) kənar kontaktlarına qoşulmuş çoxsaylı naxışlarla Hall çubuq həndəsəsinə salınıb. Bütün "Sehrli Bucaq" bükülmüş ikiqat təbəqəli qrafen cihazı arxa qapı kimi istifadə edilən qrafen təbəqəsinin üzərində hazırlanmışdır.
Alimlər nasosla işləyən HE4 və HE3 kriostatlarındakı cihazları ölçmək üçün standart sabit cərəyan (DC) və alternativ cərəyan (AC) kilidləmə üsullarından istifadə edirlər. Komanda cihazın uzununa müqaviməti (Rxx) ilə uzadılmış qapı gərginliyi (VG) diapazonu arasındakı əlaqəni qeydə aldı və 1,7K temperaturda B maqnit sahəsini hesabladı. Kiçik elektron-dəlik asimmetriyasının "Sehrli Bucaq" bükülmüş ikiqatlı qrafen cihazının daxili xüsusiyyəti olduğu müşahidə edildi. Əvvəlki hesabatlarda müşahidə edildiyi kimi, komanda bu nəticələri qeyd etdi və indiyə qədər ifrat keçirici olan hesabatları ətraflı izah etdi. Xarakterik "Sehrli Bucaq" ikiqatlı qrafen cihazının minimum burulma bucağını bükür. Landau fan cədvəlini daha yaxından araşdıraraq tədqiqatçılar bəzi diqqətəlayiq xüsusiyyətlər əldə etdilər.
Məsələn, yarım doldurma zamanı pik və Landau səviyyəsinin ikiqat degenerasiyası əvvəllər müşahidə edilən Momentə bənzər izolyasiya vəziyyətləri ilə uyğun gəlir. Komanda təxmini spin vadisi SU(4) simmetriyasında bir pozuntu və yeni kvazihissəcik Fermi səthinin əmələ gəlməsini göstərdi. Lakin detallar daha ətraflı yoxlama tələb edir. Əvvəlki tədqiqatlara bənzər şəkildə Rxx (uzunluq müqaviməti) artıran superkeçiriciliyin görünüşü də müşahidə edildi. Daha sonra komanda superkeçirici fazanın kritik temperaturunu (Tc) araşdırdı. Bu nümunədə superkeçiricilərin optimal aşqarlanması üçün heç bir məlumat əldə edilmədiyindən, alimlər 0,5K-a qədər kritik temperatur qəbul etdilər. Lakin, bu cihazlar superkeçirici vəziyyətdən aydın məlumat əldə edə bilənə qədər təsirsiz hala gəlir. Superkeçirici vəziyyəti daha da araşdırmaq üçün tədqiqatçılar cihazın müxtəlif daşıyıcı sıxlıqlarında dörd terminallı gərginlik-cərəyan (VI) xüsusiyyətlərini ölçdülər.
Əldə edilən müqavimət göstərir ki, super cərəyan daha böyük sıxlıq diapazonunda müşahidə olunur və paralel maqnit sahəsi tətbiq edildikdə super cərəyanın basdırılmasını göstərir. Tədqiqatda müşahidə olunan davranışa dair məlumat əldə etmək üçün tədqiqatçılar Bistritzer-MacDonald modeli və təkmilləşdirilmiş parametrlərdən istifadə edərək "Sehrli Bucaq" bükülmüş ikiqatlı qrafen cihazının Moir zolağı strukturunu hesablayıblar. "Sehrli Bucaq" bucağının əvvəlki hesablanması ilə müqayisədə hesablanmış aşağı enerjili Moir zolağı yüksək enerji zolağından təcrid olunmayıb. Cihazın bükülmə bucağı başqa yerdə hesablanmış "sehrli bucaq" bucağından kiçik olsa da, cihazda əvvəlki tədqiqatlarla (Mort izolyasiyası və superkeçiricilik) güclü əlaqəli bir fenomen var ki, bu da fiziklərin gözlənilməz və mümkün hesab etdiyi nəticələrə gətirib çıxarıb.
Yüksək sıxlıqlarda (hər enerjidə mövcud olan halların sayı) davranışı daha da qiymətləndirdikdən sonra, alimlər tərəfindən müşahidə edilən xüsusiyyətlər yeni ortaya çıxan əlaqəli izolyasiya hallarına aid edilir. Gələcəkdə izolyasiyanın tək vəziyyətini anlamaq və onların kvant spin mayeləri kimi təsnif edilə biləcəyini müəyyən etmək üçün halların sıxlığının (DOS) daha ətraflı tədqiqi aparılacaq. Bu şəkildə, alimlər kiçik bir burulma bucağı (0,93°) olan bükülmüş ikiqatlı qrafen cihazında Mox kimi izolyasiya halına yaxın superkeçiriciliyi müşahidə etdilər. Bu tədqiqat göstərir ki, hətta belə kiçik bucaqlarda və yüksək sıxlıqlarda belə, elektron korrelyasiyasının muarın xüsusiyyətlərinə təsiri eynidir. Gələcəkdə izolyasiya fazasının spin vadiləri öyrəniləcək və daha aşağı temperaturda yeni bir superkeçirici faza öyrəniləcək. Bu davranışın mənşəyini anlamaq üçün eksperimental tədqiqatlar nəzəri səylərlə birləşdiriləcək.
Yazı vaxtı: 08 Oktyabr 2019