El comportament de les franges de Mohr i les corretges planes en la ciència de la ciència i la física quàntica, anomenat grafè bicapa trenat "d'angle màgic" (TBLG), ha suscitat un gran interès per part dels científics, tot i que moltes propietats s'enfronten a un debat acalorat. En un nou estudi publicat a la revista Science Progress, Emilio Colledo i científics del Departament de Física i Ciència de Materials dels Estats Units i el Japó van observar superconductivitat i analogia en grafè bicapa trenat. L'estat aïllant de Mott té un angle de torsió d'uns 0,93 graus. Aquest angle és un 15% més petit que l'angle de "l'angle màgic" (1,1°) calculat en l'estudi anterior. Aquest estudi mostra que el rang de "l'angle màgic" del grafè bicapa trenat és més gran del que s'esperava anteriorment.
Aquest estudi proporciona una gran quantitat d'informació nova per desxifrar els forts fenòmens quàntics en el grafè bicapa retorçat per a aplicacions en física quàntica. Els físics defineixen la "Twistrònica" com l'angle de gir relatiu entre capes adjacents de van der Waals per produir bandes moiré i planes en el grafè. Aquest concepte s'ha convertit en un mètode nou i únic per canviar i personalitzar significativament les propietats dels dispositius basats en materials bidimensionals per aconseguir el flux de corrent. L'efecte remarcable de la "Twistrònica" es va exemplificar en el treball pioner dels investigadors, demostrant que quan dues capes de grafè d'una sola capa s'apilen en un angle de gir "màgic" de θ = 1,1 ± 0,1°, apareix una banda molt plana.
En aquest estudi, en el grafè bicapa trenat (TBLG), la fase aïllant de la primera microstrip (característica estructural) de la superxarxa a l'"angle màgic" estava semi-omplerta. L'equip de recerca va determinar que es tracta d'un aïllant de Mott (un aïllant amb propietats superconductores) que presenta superconductivitat a nivells de dopatge lleugerament superiors i inferiors. El diagrama de fases mostra el superconductor d'alta temperatura entre la temperatura de transició superconductora (Tc) i la temperatura de Fermi (Tf). Aquesta investigació va generar un gran interès i debat teòric sobre l'estructura de bandes de grafè, la topologia i altres sistemes semiconductors d'"angle màgic". En comparació amb l'informe teòric original, la investigació experimental és rara i tot just ha començat. En aquest estudi, l'equip va dur a terme mesures de transmissió sobre el grafè bicapa trenat "angle màgic" mostrant els estats aïllants i superconductors rellevants.
Un angle inesperadament distorsionat de 0,93 ± 0,01, que és un 15% més petit que l'"Angle Màgic" establert, també és el més petit reportat fins ara i presenta propietats superconductores. Aquests resultats indiquen que el nou estat de correlació pot aparèixer en el grafè bicapa trenat "Angle Màgic", més baix que l'"angle màgic" primari, més enllà de la primera microtira de grafè. Per construir aquests dispositius de grafè bicapa trenat "banya màgica", l'equip va utilitzar un enfocament de "esquinçament i apilament". L'estructura entre les capes hexagonals de nitrur de bor (BN) està encapsulada; modelada en una geometria de vareta Hall amb múltiples cables acoblats a contactes de vora Cr/Au (crom/or). Tot el dispositiu de grafè bicapa trenat "Angle Màgic" es va fabricar a sobre de la capa de grafè utilitzada com a porta posterior.
Els científics utilitzen tècniques estàndard de bloqueig de corrent continu (CC) i corrent altern (CA) per mesurar dispositius en criostats HE4 i HE3 bombats. L'equip va registrar la relació entre la resistència longitudinal del dispositiu (Rxx) i el rang de tensió de porta ampliat (VG) i va calcular el camp magnètic B a una temperatura d'1,7 K. Es va observar que una petita asimetria electró-forat era una propietat inherent del dispositiu de grafè bicapa trenat "Magic Angle". Com s'ha observat en informes anteriors, l'equip va registrar aquests resultats i va detallar els informes que han estat superconductors fins ara. El "Magic Angle" característic torça l'angle de torsió mínim del dispositiu de grafè bicapa. Amb un examen més detallat del diagrama de ventall de Landau, els investigadors van obtenir algunes característiques notables.
Per exemple, el pic a la meitat de l'ompliment i la degeneració doble del nivell de Landau són consistents amb els estats d'aïllament de tipus moment observats anteriorment. L'equip va mostrar una ruptura en la simetria de la vall d'espín aproximada SU(4) i la formació d'una nova superfície de Fermi de quasipartícules. Tanmateix, els detalls requereixen una inspecció més detallada. També es va observar l'aparició de superconductivitat, que va augmentar Rxx (resistència longitudinal), de manera similar a estudis anteriors. L'equip va examinar llavors la temperatura crítica (Tc) de la fase superconductora. Com que no es van obtenir dades per al dopatge òptim dels superconductors en aquesta mostra, els científics van assumir una temperatura crítica de fins a 0,5 K. Tanmateix, aquests dispositius es tornen ineficaços fins que no poden obtenir dades clares de l'estat superconductor. Per investigar més a fons l'estat superconductor, els investigadors van mesurar les característiques de voltatge-corrent (VI) de quatre terminals del dispositiu a diferents densitats de portador.
La resistència obtinguda mostra que s'observa supercorrent en un rang de densitat més ampli i mostra la supressió del supercorrent quan s'aplica un camp magnètic paral·lel. Per obtenir informació sobre el comportament observat a l'estudi, els investigadors van calcular l'estructura de banda de Moir del dispositiu de grafè bicapa trenat "Magic Angle" utilitzant el model Bistritzer-MacDonald i paràmetres millorats. En comparació amb el càlcul anterior de l'angle "Magic Angle", la banda de Moir de baixa energia calculada no està aïllada de la banda d'alta energia. Tot i que l'angle de torsió del dispositiu és més petit que l'angle "màgic" calculat en altres llocs, el dispositiu té un fenomen que està fortament relacionat amb estudis anteriors (aïllament de Mort i superconductivitat), que els físics van trobar inesperat i factible.
Després d'avaluar més a fons el comportament a grans densitats (el nombre d'estats disponibles a cada energia), les característiques observades pels científics s'atribueixen als nous estats d'aïllament associats. En el futur, es durà a terme un estudi més detallat de la densitat d'estats (DOS) per comprendre l'estat estrany d'aïllament i determinar si es poden classificar com a líquids d'espín quàntic. D'aquesta manera, els científics van observar superconductivitat propera a l'estat aïllant de tipus Mox en un dispositiu de grafè bicapa trenat amb un angle de gir petit (0,93°). Aquest estudi demostra que fins i tot a angles tan petits i densitats tan altes, l'efecte de la correlació electrònica sobre les propietats del moiré és el mateix. En el futur, s'estudiaran les valls d'espín de la fase aïllant i s'estudiarà una nova fase superconductora a una temperatura més baixa. La recerca experimental es combinarà amb esforços teòrics per comprendre l'origen d'aquest comportament.
Data de publicació: 08-10-2019