Mae ymddygiad streipiau Mohr a gwregysau gwastad yng ngwyddoniaeth gwyddoniaeth a ffiseg cwantwm o'r enw graffen deuhaen dirdro "Angl Hud" (TBLG) wedi denu diddordeb mawr gan wyddonwyr, er bod llawer o briodweddau'n wynebu dadl frwd. Mewn astudiaeth newydd a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn Science Progress, arsylwodd Emilio Colledo a gwyddonwyr yn yr Adran Ffiseg a Gwyddor Deunyddiau yn yr Unol Daleithiau a Japan uwchddargludedd ac analogiaeth mewn graffen deuhaen dirdro. Mae gan gyflwr inswleiddiwr Mott ongl droelli o tua 0.93 gradd. Mae'r ongl hon 15% yn llai na'r ongl "ongl hud" (1.1°) a gyfrifwyd yn yr astudiaeth flaenorol. Mae'r astudiaeth hon yn dangos bod ystod "ongl hud" graffen deuhaen dirdro yn fwy nag a ddisgwyliwyd yn flaenorol.
Mae'r astudiaeth hon yn darparu cyfoeth o wybodaeth newydd ar gyfer datgodio'r ffenomenau cwantwm cryf mewn graffen deuhaen dirdro ar gyfer cymwysiadau mewn ffiseg cwantwm. Mae ffisegwyr yn diffinio “Twistronics” fel yr ongl droelli gymharol rhwng haenau van der Waals cyfagos i gynhyrchu bandiau moiré a gwastad mewn graffen. Mae'r cysyniad hwn wedi dod yn ddull newydd ac unigryw ar gyfer newid ac addasu priodweddau dyfeisiau yn sylweddol yn seiliedig ar ddeunyddiau dau ddimensiwn i gyflawni llif cerrynt. Enghreifftiwyd effaith nodedig “Twistronics” yng ngwaith arloesol yr ymchwilwyr, gan ddangos pan fydd dwy haen o graffen un haen yn cael eu pentyrru ar ongl droelli “ongl hud” o θ=1.1±0.1°, mae band gwastad iawn yn ymddangos. .
Yn yr astudiaeth hon, yn y graffen deuhaen dirdro (TBLG), roedd cyfnod inswleiddio'r microstrip cyntaf (nodwedd strwythurol) o'r uwch-ddellt ar yr "ongl hud" wedi'i hanner-lenwi. Penderfynodd y tîm ymchwil mai inswleiddiwr Mott yw hwn (ynswleiddiwr â phriodweddau uwchddargludol) sy'n arddangos uwchddargludedd ar lefelau dopio ychydig yn uwch ac is. Mae'r diagram cyfnod yn dangos yr uwchddargludydd tymheredd uchel rhwng y tymheredd pontio uwchddargludol (Tc) a'r tymheredd Fermi (Tf). Arweiniodd yr ymchwil hon at ddiddordeb mawr a dadl ddamcaniaethol ar strwythur band graffen, topoleg a systemau lled-ddargludyddion "Ongl Hud" ychwanegol. O'i gymharu â'r adroddiad damcaniaethol gwreiddiol, mae ymchwil arbrofol yn brin ac mae newydd ddechrau. Yn yr astudiaeth hon, cynhaliodd y tîm fesuriadau trawsyrru ar y graffen deuhaen dirdro "ongl hud" gan ddangos y cyflyrau inswleiddio ac uwchddargludol perthnasol.
Ongl afluniedig annisgwyl o 0.93 ± 0.01, sydd 15% yn llai na'r "Ongl Hud" sefydledig, yw'r lleiaf a adroddwyd hyd yn hyn hefyd ac mae'n arddangos priodweddau uwchddargludol. Mae'r canlyniadau hyn yn dangos y gall y cyflwr cydberthynas newydd ymddangos yn y graffen deuhaen dirdro "Ongl Hud", yn is na'r "ongl hud" cynradd, y tu hwnt i'r microstrip cyntaf o graffen. I adeiladu'r dyfeisiau graffen deuhaen dirdro "corn hud" hyn, defnyddiodd y tîm ddull "rhwygo a phentyrru". Mae'r strwythur rhwng yr haenau boron nitrid (BN) hecsagonol wedi'i gapsiwleiddio; wedi'i batrymu i mewn i geometreg gwialen Hall gyda gwifrau lluosog wedi'u cyplysu â chysylltiadau ymyl Cr/Au (cromiwm/aur). Cafodd y ddyfais graffen deuhaen dirdro "Ongl Hud" gyfan ei chynhyrchu ar ben yr haen graffen a ddefnyddiwyd fel y giât gefn.
Mae gwyddonwyr yn defnyddio technegau cloi cerrynt uniongyrchol (DC) a cherrynt eiledol (AC) safonol i fesur dyfeisiau mewn cryostatau HE4 a HE3 wedi'u pwmpio. Cofnododd y tîm y berthynas rhwng gwrthiant hydredol y ddyfais (Rxx) a'r ystod foltedd giât estynedig (VG) a chyfrifo'r maes magnetig B ar dymheredd o 1.7K. Gwelwyd bod anghymesuredd electron-twll bach yn briodwedd gynhenid y ddyfais graffen ddwbl-haen dirdro "Angl Hud". Fel y gwelwyd mewn adroddiadau blaenorol, cofnododd y tîm y canlyniadau hyn a manylu ar yr adroddiadau sydd wedi bod yn uwchddargludol hyd yn hyn. Mae'r "Angl Hud" nodweddiadol yn troelli ongl dirdro lleiaf y ddyfais graffen ddwbl-haen. Gyda archwiliad agosach o siart ffan Landau, cafodd yr ymchwilwyr rai nodweddion nodedig.
Er enghraifft, mae'r brig ar hanner llenwi a dirywiad deublyg lefel Landau yn gyson â'r cyflyrau inswleiddio tebyg i Foment a welwyd yn flaenorol. Dangosodd y tîm doriad yng nghymesuredd dyffryn sbin bras SU(4) a ffurfio arwyneb Fermi cwasi-ronyn newydd. Fodd bynnag, mae'r manylion yn gofyn am archwiliad mwy manwl. Gwelwyd ymddangosiad uwchddargludedd hefyd, a gynyddodd Rxx (gwrthiant hydredol), yn debyg i astudiaethau blaenorol. Yna archwiliodd y tîm dymheredd critigol (Tc) y cyfnod uwchddargludol. Gan na chafwyd unrhyw ddata ar gyfer dopio gorau posibl uwchddargludyddion yn y sampl hon, tybiodd y gwyddonwyr dymheredd critigol o hyd at 0.5K. Fodd bynnag, mae'r dyfeisiau hyn yn dod yn aneffeithiol nes eu bod yn gallu cael data clir o'r cyflwr uwchddargludol. I ymchwilio ymhellach i'r cyflwr uwchddargludol, mesurodd yr ymchwilwyr nodweddion foltedd-cerrynt (VI) pedwar terfynell y ddyfais ar wahanol ddwyseddau cludwr.
Mae'r gwrthiant a gafwyd yn dangos bod uwch-gerrynt yn cael ei arsylwi dros ystod dwysedd ehangach ac yn dangos ataliad uwch-gerrynt pan gymhwysir maes magnetig cyfochrog. Er mwyn cael cipolwg ar yr ymddygiad a welwyd yn yr astudiaeth, cyfrifodd yr ymchwilwyr strwythur band Moir y ddyfais graffen deuhaen dirdro "Angl Hud" gan ddefnyddio'r model Bistritzer-MacDonald a pharamedrau gwell. O'i gymharu â'r cyfrifiad blaenorol o ongl "Angl Hud", nid yw'r band Moire ynni isel a gyfrifwyd wedi'i ynysu oddi wrth y band ynni uchel. Er bod ongl troelli'r ddyfais yn llai na'r ongl "ongl hud" a gyfrifwyd mewn man arall, mae gan y ddyfais ffenomen sy'n gysylltiedig yn gryf ag astudiaethau blaenorol (inswleiddio Mort ac uwchddargludedd), y canfu ffisegwyr ei fod yn annisgwyl ac yn ymarferol.
Ar ôl gwerthuso ymhellach yr ymddygiad ar ddwyseddau mawr (nifer y cyflyrau sydd ar gael ar bob ynni), priodolir y nodweddion a welwyd gan y gwyddonwyr i'r cyflyrau inswleiddio cysylltiedig sy'n dod i'r amlwg. Yn y dyfodol, cynhelir astudiaeth fanylach o ddwysedd cyflyrau (DOS) i ddeall cyflwr od yr inswleiddio ac i benderfynu a ellir eu dosbarthu fel hylifau sbin cwantwm. Yn y modd hwn, arsylwodd gwyddonwyr uwchddargludedd ger y cyflwr inswleiddio tebyg i Mox mewn dyfais graffen haen ddeuol dirdro gydag ongl dro bach (0.93°). Mae'r astudiaeth hon yn dangos, hyd yn oed ar onglau mor fach a dwyseddau uchel, fod effaith cydberthynas electronau ar briodweddau moiré yr un fath. Yn y dyfodol, astudir dyffrynnoedd sbin y cyfnod inswleiddio, a bydd cyfnod uwchddargludol newydd yn cael ei astudio ar dymheredd is. Cyfunir ymchwil arbrofol ag ymdrechion damcaniaethol i ddeall tarddiad yr ymddygiad hwn.
Amser postio: Hydref-08-2019