Паводзіны палос Мора і плоскіх паясоў у навуцы і квантавай фізіцы пад назвай «Магічны кут» скручванага двухслаёвага графена (TBLG) выклікалі вялікую цікавасць навукоўцаў, хоць многія ўласцівасці сутыкаюцца з гарачымі дыскусіямі. У новым даследаванні, апублікаваным у часопісе Science Progress, Эміліа Коледа і навукоўцы з Дэпартамента фізікі і матэрыялазнаўства ў ЗША і Японіі назіралі звышправоднасць і аналогію ў скручваным двухслаёвым графене. Стан ізалятара Мота мае кут скручвання каля 0,93 градуса. Гэты кут на 15% меншы за кут «магічнага вугла» (1,1°), разлічаны ў папярэднім даследаванні. Гэта даследаванне паказвае, што дыяпазон «магічнага вугла» скручванага двухслаёвага графена большы, чым чакалася раней.
Гэта даследаванне дае багацце новай інфармацыі для расшыфроўкі моцных квантавых з'яў у скручаным двухслаёвым графене для прымянення ў квантавай фізіцы. Фізікі вызначаюць «твістроніку» як адносны вугал скручвання паміж суседнімі пластамі Ван-дэр-Ваальса для стварэння муара і плоскіх палос у графене. Гэтая канцэпцыя стала новым і ўнікальным метадам для значнай змены і налады ўласцівасцей прылад на аснове двухмерных матэрыялаў для дасягнення працякання току. Выдатны эфект «твістронікі» быў прадэманстраваны ў піянерскай працы даследчыкаў, якая паказала, што калі два аднаслаёвыя пласты графена складзены пад вуглом скручвання «магічнага вугла» θ=1,1±0,1°, з'яўляецца вельмі плоская паласа.
У гэтым даследаванні ў скручаным двухслаёвым графене (TBLG) ізаляцыйная фаза першай мікрапалоскі (структурнай асаблівасці) звышрашоткі пад «магічным вуглом» была напалову запоўнена. Даследчая група вызначыла, што гэта ізалятар Мота (ізалятар са звышправоднымі ўласцівасцямі), які праяўляе звышправоднасць пры крыху больш высокіх і ніжэйшых узроўнях легіравання. Фазавая дыяграма паказвае высокатэмпературны звышправоднік паміж тэмпературай звышправоднага пераходу (Tc) і тэмпературай Фермі (Tf). Гэта даследаванне выклікала вялікую цікавасць і тэарэтычныя дыскусіі аб зоннай структуры графена, тапалогіі і дадатковых паўправадніковых сістэмах «магічнага вугла». У параўнанні з першапачатковым тэарэтычным дакладам, эксперыментальныя даследаванні сустракаюцца рэдка і толькі пачаліся. У гэтым даследаванні група правяла вымярэнні прапускання на скручаным двухслаёвым графене пад «магічным вуглом», паказваючы адпаведныя ізаляцыйныя і звышправодныя станы.
Нечакана скажоны вугал 0,93 ± 0,01, які на 15% меншы за ўстаноўлены «Магічны вугал», таксама з'яўляецца найменшым з выяўленых на сённяшні дзень і праяўляе звышправодныя ўласцівасці. Гэтыя вынікі паказваюць, што новы карэляцыйны стан можа з'явіцца ў скручаным двухслаёвым графене «Магічны вугал», ніжэй за першасны «магічны вугал», за першай мікрапалоскай графена. Каб стварыць гэтыя скручаныя двухслаёвыя графенавыя прылады «магічны рог», каманда выкарыстала падыход «разрыў і кладка». Структура паміж шасціграннымі пластамі нітрыду бору (BN) інкапсулявана; мае форму стрыжня Хола з некалькімі правадамі, злучанымі з краевымі кантактамі Cr/Au (хром/золата). Уся прылада са скручаным двухслаёвым графенам «Магічны вугал» была выраблена паверх пласта графена, які выкарыстоўваецца ў якасці задняга варота.
Навукоўцы выкарыстоўваюць стандартныя метады блакіроўкі пастаяннага (DC) і пераменнага (AC) току для вымярэння прылад у крыястатах HE4 і HE3 з накачкай. Каманда зафіксавала залежнасць паміж падоўжным супраціўленнем прылады (Rxx) і пашыраным дыяпазонам напружання на затворе (VG) і разлічыла магнітнае поле B пры тэмпературы 1,7 K. Была выяўлена невялікая электронна-дзірачная асіметрыя, якая з'яўляецца ўласцівай уласцівасцю скручванай двухслаёвай графенавай прылады «Магічны кут». Як адзначалася ў папярэдніх справаздачах, каманда запісала гэтыя вынікі і падрабязна апісала справаздачы, якія да гэтага часу з'яўляюцца звышправоднымі. Характарыстыка «Магічны кут» скручвае мінімальны вугал кручэння двухслаёвай графенавай прылады. Пры больш уважлівым вывучэнні веернай дыяграмы Ландау даследчыкі выявілі некаторыя прыкметныя асаблівасці.
Напрыклад, пік пры палове запаўнення і двухразовае выраджэнне ўзроўню Ландау адпавядаюць раней назіраным момантападобным станам ізаляцыі. Каманда паказала парушэнне сіметрыі прыблізнай спінавай даліны SU(4) і ўтварэнне новай квазічасцічнай паверхні Фермі. Аднак дэталі патрабуюць больш дэталёвага вывучэння. Таксама назіралася з'яўленне звышправоднасці, якая павялічыла Rxx (падоўжнае супраціўленне), падобна папярэднім даследаванням. Затым каманда вывучыла крытычную тэмпературу (Tc) звышправоднай фазы. Паколькі не было атрымана дадзеных для аптымальнага легавання звышправоднікаў у гэтым узоры, навукоўцы выказалі здагадку, што крытычная тэмпература складае да 0,5 К. Аднак гэтыя прылады становяцца неэфектыўнымі, пакуль яны не змогуць атрымаць выразныя дадзеныя са звышправоднага стану. Для далейшага даследавання звышправоднага стану даследчыкі вымералі чатырохвывадныя характарыстыкі напружання-току (VI) прылады пры рознай шчыльнасці носьбітаў.
Атрыманы супраціў паказвае, што звышток назіраецца ў больш шырокім дыяпазоне шчыльнасці і дэманструе падаўленне звыштоку пры ўжыванні паралельнага магнітнага поля. Каб атрымаць уяўленне аб паводзінах, якія назіраліся ў даследаванні, даследчыкі разлічылі структуру зоны Муара скрученай двухслаёвай графенавай прылады «Магічны кут», выкарыстоўваючы мадэль Бістрыцэра-Макдональда і палепшаныя параметры. У параўнанні з папярэднім разлікам вугла «Магічны кут», разлічаная нізкаэнергетычная паласа Муара не ізалявана ад высокаэнергетычнай паласы. Нягледзячы на тое, што вугал скручвання прылады меншы за вугал «магічнага вугла», разлічаны ў іншым месцы, прылада мае з'яву, якая цесна звязана з папярэднімі даследаваннямі (ізаляцыя Морта і звышправоднасць), якую фізікі палічылі нечаканай і магчымай.
Пасля далейшай ацэнкі паводзін пры вялікіх шчыльнасцях (колькасці станаў, даступных для кожнай энергіі), характарыстыкі, якія назіралі навукоўцы, былі аднесены да новых звязаных ізаляцыйных станаў. У будучыні будзе праведзена больш падрабязнае даследаванне шчыльнасці станаў (DOS), каб зразумець няцотны стан ізаляцыі і вызначыць, ці можна іх класіфікаваць як квантавыя спінавыя вадкасці. Такім чынам, навукоўцы назіралі звышправоднасць паблізу ізаляцыйнага стану, падобнага на Мокс, у скручванай двухслаёвай графенавай прыладзе з малым вуглом скручвання (0,93°). Гэта даследаванне паказвае, што нават пры такіх малых вуглах і высокіх шчыльнасцях уплыў электроннай карэляцыі на ўласцівасці муара аднолькавы. У будучыні будуць вывучаны спінавыя даліны ізаляцыйнай фазы, а новая звышправодная фаза будзе вывучана пры больш нізкай тэмпературы. Эксперыментальныя даследаванні будуць спалучаны з тэарэтычнымі намаганнямі, каб зразумець паходжанне гэтай паводзін.
Час публікацыі: 08 кастрычніка 2019 г.