Loodusteadustes ja kvantfüüsikas tuntud „maagilise nurga“ keerdunud kaksikihilise grafeeni (TBLG) Mohri triipude ja lamedate vööde käitumine on teadlaste seas suurt huvi äratanud, kuigi paljud omadused on ägedate vaidluste ees. Ajakirjas Science Progress avaldatud uues uuringus vaatlesid Emilio Colledo ning USA ja Jaapani füüsika ja materjaliteaduse osakonna teadlased keerdunud kaksikihilises grafeenis ülijuhtivust ja analoogiat. Motti isolaatori oleku keerdnurk on umbes 0,93 kraadi. See nurk on 15% väiksem kui eelmises uuringus arvutatud „maagilise nurga“ nurk (1,1°). See uuring näitab, et keerdunud kaksikihilise grafeeni „maagilise nurga“ vahemik on suurem kui varem arvati.
See uuring pakub rohkelt uut teavet keerdunud kaksikkihilise grafeeni tugevate kvantnähtuste dešifreerimiseks kvantfüüsika rakenduste jaoks. Füüsikud defineerivad „twistronics“ kui külgnevate van der Waalsi kihtide vahelist suhtelist keerdnurka, mis tekitab grafeenis muaree ja lamedaid ribasid. Sellest kontseptsioonist on saanud uus ja ainulaadne meetod kahemõõtmelistel materjalidel põhinevate seadmete omaduste oluliseks muutmiseks ja kohandamiseks, et saavutada voolu liikumine. „Twistronics“ tähelepanuväärne efekt oli näide teadlaste teedrajavast tööst, mis näitas, et kui kaks ühekihilist grafeenikihti virnastatakse „maagilise nurga“ all θ = 1,1 ± 0,1°, ilmub väga lame riba.
Selles uuringus oli keerutatud kaksikihilises grafeenis (TBLG) supervõre esimese mikroriba (struktuuriline tunnus) isoleeriv faas "maagilise nurga" juures pooleldi täidetud. Uurimisrühm tegi kindlaks, et tegemist on Mott-isolaatoriga (ülijuhtivate omadustega isolaatoriga), millel on ülijuhtivus veidi kõrgematel ja madalamatel legeerimistasemetel. Faasidiagramm näitab kõrge temperatuuriga ülijuhti ülijuhtivuse üleminekutemperatuuri (Tc) ja Fermi temperatuuri (Tf) vahel. See uuring tekitas suurt huvi ja teoreetilist arutelu grafeeniriba struktuuri, topoloogia ja täiendavate "maagilise nurga" pooljuhtsüsteemide üle. Võrreldes algse teoreetilise aruandega on eksperimentaalsed uuringud haruldased ja alles alanud. Selles uuringus viis meeskond läbi läbilaskvuse mõõtmisi "maagilise nurga" keerutatud kaksikihilisel grafeenil, näidates olulisi isoleerivaid ja ülijuhtivaid olekuid.
Ootamatult moonutatud nurk 0,93 ± 0,01, mis on 15% väiksem kui kehtestatud „maagiline nurk“, on ka seni teatatud väikseim ja omab ülijuhtivaid omadusi. Need tulemused näitavad, et uus korrelatsiooniseisund võib ilmneda „maagilise nurga“ keerutatud kaksikkihilises grafeenis, mis on madalam kui primaarne „maagiline nurk“, grafeeni esimesest mikroribast kaugemal. Nende „maagilise sarve“ keerutatud kaksikkihilise grafeeniseadmete ehitamiseks kasutas meeskond „rebimise ja virnastamise“ meetodit. Kuusnurksete boornitriidi (BN) kihtide vaheline struktuur on kapseldatud; mustriline Halli varda geomeetriaks, millel on mitu traati, mis on ühendatud Cr/Au (kroom/kuld) servakontaktidega. Kogu „maagilise nurga“ keerutatud kaksikkihilise grafeeniseade valmistati tagumise väravana kasutatud grafeenikihi peale.
Teadlased kasutavad pumbatavates HE4 ja HE3 krüostaatides seadmete mõõtmiseks standardseid alalisvoolu (DC) ja vahelduvvoolu (AC) lukustustehnikaid. Meeskond registreeris seadme pikitakistuse (Rxx) ja laiendatud värava pinge (VG) vahemiku vahelise seose ning arvutas magnetvälja B temperatuuril 1,7 K. Täheldati, et väike elektronaugu asümmeetria on „Maagilise nurga“ keerdunud kaksikkihilise grafeeniseadme loomupärane omadus. Nagu varasemates aruannetes täheldatud, registreeris meeskond need tulemused ja kirjeldas üksikasjalikult seni ülijuhtivust kajastavaid aruandeid. Iseloomulik „Maagiline nurk“ väänab kaksikkihilise grafeeniseadme minimaalset torsiooninurka. Landau lehvikdiagrammi lähemal uurimisel avastasid teadlased mõned tähelepanuväärsed tunnused.
Näiteks on pooltäidisel saavutatav piik ja Landau taseme kahekordne degeneratsioon kooskõlas varem täheldatud momentidele omaste isolatsiooniseisunditega. Meeskond näitas ligikaudse spinnorru SU(4) sümmeetria purunemist ja uue kvaasiosakeste Fermi pinna moodustumist. Üksikasjad vajavad aga üksikasjalikumat uurimist. Samuti täheldati ülijuhtivuse ilmnemist, mis suurendas Rxx-i (pikisuunalist takistust), sarnaselt varasemate uuringutega. Seejärel uuris meeskond ülijuhtiva faasi kriitilist temperatuuri (Tc). Kuna selles proovis ei saadud andmeid ülijuhtide optimaalse legeerimise kohta, eeldasid teadlased kriitiliseks temperatuuriks kuni 0,5 K. Need seadmed muutuvad aga ebaefektiivseks, kuni nad suudavad ülijuhtivast olekust selgeid andmeid saada. Ülijuhtiva oleku edasiseks uurimiseks mõõtsid teadlased seadme nelja klemmi pinge-voolu (VI) karakteristikuid erinevatel laengukandjate tihedustel.
Saadud takistus näitab, et ülivoolu täheldatakse laiemas tihedusvahemikus ja see summutab ülivoolu paralleelse magnetvälja rakendamisel. Uuringus täheldatud käitumise mõistmiseks arvutasid teadlased Bistritzer-MacDonaldi mudeli ja täiustatud parameetrite abil keerutatud kaksikkihilise grafeeniseadme „Maagiline nurk“ Moiri tsooni struktuuri. Võrreldes varasema „Maagilise nurga“ arvutusega ei ole arvutatud madala energiaga Moire'i tsooni kõrge energiaga tsoonist eraldatud. Kuigi seadme keerdnurk on väiksem kui mujal arvutatud „maagiline nurk“, on seadmel nähtus, mis on tugevalt seotud varasemate uuringutega (Morti isolatsioon ja ülijuhtivus), mida füüsikud pidasid ootamatuks ja teostatavaks.
Pärast käitumise edasist hindamist suurte tiheduste korral (iga energia kohta saadaolevate olekute arv) omistatakse teadlaste poolt täheldatud omadused äsja tekkivatele seotud isolatsiooniseisunditele. Tulevikus viiakse läbi üksikasjalikum olekutiheduse (DOS) uuring, et mõista isolatsiooni paarituid olekuid ja teha kindlaks, kas neid saab liigitada kvantspinnvedelikeks. Sel viisil täheldasid teadlased väikese keerdnurgaga (0,93°) keerdunud kaksikkihilises grafeeniseadmes ülijuhtivust Moxi-laadse isoleeriva oleku lähedal. See uuring näitab, et isegi selliste väikeste nurkade ja suurte tiheduste korral on elektronide korrelatsiooni mõju muaree omadustele sama. Tulevikus uuritakse isoleeriva faasi spinnorgusid ja uut ülijuhtivat faasi uuritakse madalamal temperatuuril. Selle käitumise päritolu mõistmiseks ühendatakse eksperimentaalsed uuringud teoreetiliste jõupingutustega.
Postituse aeg: 08.10.2019