Opførslen af Mohr-striber og flade bælter inden for naturvidenskab og kvantefysik, kaldet "Magic Angle" snoet dobbeltlagsgrafen (TBLG), har vakt stor interesse fra forskere, selvom mange egenskaber er genstand for heftig debat. I et nyt studie offentliggjort i tidsskriftet Science Progress observerede Emilio Colledo og forskere fra Institut for Fysik og Materialevidenskab i USA og Japan superledning og analogi i snoet dobbeltlagsgrafen. Mott-isolatortilstanden har en vridningsvinkel på omkring 0,93 grader. Denne vinkel er 15 % mindre end den "magiske vinkel"-vinkel (1,1°), der blev beregnet i det tidligere studie. Dette studie viser, at det "magiske vinkel"-område for snoet dobbeltlagsgrafen er større end tidligere forventet.
Denne undersøgelse giver et væld af ny information til at afkode de stærke kvantefænomener i snoet dobbeltlagsgrafen til anvendelser inden for kvantefysik. Fysikere definerer "Twistronics" som den relative vridningsvinkel mellem tilstødende van der Waals-lag for at producere moiré- og flade bånd i grafen. Dette koncept er blevet en ny og unik metode til markant at ændre og tilpasse enhedsegenskaber baseret på todimensionelle materialer for at opnå strømflow. Den bemærkelsesværdige effekt af "Twistronics" blev eksemplificeret i forskernes banebrydende arbejde, der demonstrerede, at når to enkeltlags grafenlag stables med en "magisk vinkel" på θ=1,1 ± 0,1°, fremkommer et meget fladt bånd.
I denne undersøgelse var den isolerende fase af den første mikrostrip (strukturelle træk) af supergitteret ved den "magiske vinkel" halvfyldt i den snoede dobbeltlagsgrafen (TBLG). Forskerholdet fastslog, at dette er en Mott-isolator (en isolator med superledende egenskaber), der udviser superledning ved lidt højere og lavere doteringsniveauer. Fasediagrammet viser højtemperatur-superlederen mellem den superledende overgangstemperatur (Tc) og Fermi-temperaturen (Tf). Denne forskning førte til stor interesse og teoretisk debat om grafenbåndstruktur, topologi og yderligere "Magic Angle"-halvledersystemer. Sammenlignet med den oprindelige teoretiske rapport er eksperimentel forskning sjælden og er lige begyndt. I denne undersøgelse udførte holdet transmissionsmålinger på den "magiske vinkel"-snoede dobbeltlagsgrafen, der viste de relevante isolerende og superledende tilstande.
En uventet forvrænget vinkel på 0,93 ± 0,01, hvilket er 15 % mindre end den etablerede "Magic Angle", er også den mindste rapporterede vinkel til dato og udviser superledende egenskaber. Disse resultater indikerer, at den nye korrelationstilstand kan forekomme i den "Magic Angle" snoede dobbeltlagsgrafen, lavere end den primære "magiske vinkel", ud over den første mikrostrip af grafen. For at bygge disse "magiske horn"-snoede dobbeltlagsgrafenenheder brugte teamet en "riv og stabl"-tilgang. Strukturen mellem de hexagonale bornitrid (BN)-lag er indkapslet; mønstret i en Hall-stanggeometri med flere ledninger koblet til Cr/Au (krom/guld) kantkontakter. Hele den "Magic Angle" snoede dobbeltlagsgrafenenhed blev fremstillet oven på grafenlaget, der blev brugt som bagport.
Forskere bruger standard jævnstrøms- (DC) og vekselstrøms- (AC) låseteknikker til at måle enheder i pumpede HE4 og HE3 kryostater. Holdet registrerede forholdet mellem enhedens longitudinale modstand (Rxx) og det udvidede gate-spændingsområde (VG) og beregnede magnetfeltet B ved en temperatur på 1,7 K. Lille elektron-hul-asymmetri blev observeret som en iboende egenskab ved den "Magic Angle" snoede dobbeltlags-grafen-enhed. Som observeret i tidligere rapporter registrerede holdet disse resultater og detaljerede de rapporter, der hidtil har været superledende. Den karakteristiske "Magic Angle" vrider den minimale torsionsvinkel for dobbeltlags-grafen-enheden. Ved en nærmere undersøgelse af Landau-viftediagrammet opnåede forskerne nogle bemærkelsesværdige træk.
For eksempel er toppen ved halv fyldning og den dobbelte degeneration af Landau-niveauet i overensstemmelse med de tidligere observerede Moment-lignende isolationstilstande. Holdet viste et brud i symmetrien af den omtrentlige spindal SU(4) og dannelsen af en ny kvasipartikel-Fermi-overflade. Detaljerne kræver dog en mere detaljeret inspektion. Forekomsten af superledning blev også observeret, hvilket øgede Rxx (longitudinel modstand), svarende til tidligere undersøgelser. Holdet undersøgte derefter den kritiske temperatur (Tc) for den superledende fase. Da der ikke blev opnået data for optimal dotering af superledere i denne prøve, antog forskerne en kritisk temperatur på op til 0,5 K. Disse enheder bliver dog ineffektive, indtil de er i stand til at opnå klare data fra den superledende tilstand. For yderligere at undersøge den superledende tilstand målte forskerne enhedens fire-terminale spændings-strøm (VI) karakteristika ved forskellige bærertætheder.
Den opnåede modstand viser, at superstrøm observeres over et større densitetsområde og viser undertrykkelsen af superstrøm, når et parallelt magnetfelt påføres. For at få indsigt i den observerede adfærd i undersøgelsen beregnede forskerne Moir-båndstrukturen for den "Magic Angle" snoede dobbeltlagsgrafenenhed ved hjælp af Bistritzer-MacDonald-modellen og forbedrede parametre. Sammenlignet med den tidligere beregning af "Magic Angle"-vinklen er det beregnede lavenergi-Moire-bånd ikke isoleret fra højenergibåndet. Selvom enhedens vridningsvinkel er mindre end den "magiske vinkel"-vinkel, der er beregnet andetsteds, har enheden et fænomen, der er stærkt relateret til tidligere undersøgelser (Mort-isolering og superledning), hvilket fysikere fandt uventet og muligt.
Efter yderligere evaluering af adfærden ved store tætheder (antallet af tilstande tilgængelige på hver energi), tilskrives de karakteristika, som forskerne har observeret, de nyligt opståede associerede isoleringstilstande. I fremtiden vil en mere detaljeret undersøgelse af tilstandstæthed (DOS) blive udført for at forstå de ulige isoleringstilstande og for at bestemme, om de kan klassificeres som kvantespinvæsker. På denne måde observerede forskerne superledning nær den Mox-lignende isoleringstilstand i en snoet dobbeltlagsgrafenenhed med en lille vridningsvinkel (0,93°). Denne undersøgelse viser, at selv ved så små vinkler og høje tætheder er effekten af elektronkorrelation på moiréens egenskaber den samme. I fremtiden vil spindalene i den isolerende fase blive undersøgt, og en ny superledende fase vil blive undersøgt ved en lavere temperatur. Eksperimentel forskning vil blive kombineret med teoretiske bestræbelser på at forstå oprindelsen af denne adfærd.
Opslagstidspunkt: 8. oktober 2019