Tha giùlan stiallan Mohr agus criosan còmhnard ann an saidheans agus fiosaig cuantamach ris an canar grafain dà-shreath toinnte “Magic Angle” (TBLG) air ùidh mhòr a tharraing bho luchd-saidheans, ged a tha mòran fheartan fo dheasbad teth. Ann an sgrùdadh ùr a chaidh fhoillseachadh anns an iris Science Progress, mhothaich Emilio Colledo agus luchd-saidheans ann an Roinn Fiosaigs agus Saidheans Stuthan anns na Stàitean Aonaichte agus Iapan superconductivity agus analogy ann an grafain dà-shreath toinnte. Tha ceàrn toinnte de mu 0.93 ceum aig staid inslitheach Mott. Tha an ceàrn seo 15% nas lugha na ceàrn “ceàrn draoidheachd” (1.1°) a chaidh obrachadh a-mach san sgrùdadh roimhe. Tha an sgrùdadh seo a’ sealltainn gu bheil raon “ceàrn draoidheachd” grafain dà-shreath toinnte nas motha na bha dùil roimhe.
Tha an sgrùdadh seo a’ toirt seachad pailteas fiosrachaidh ùr airson a bhith a’ mìneachadh nan iongantas cuantamach làidir ann an graphene dà-shreath toinnte airson tagraidhean ann am fiosaig cuantamach. Tha fiosaigich a’ mìneachadh “Twistronics” mar an ceàrn toinneamh coimeasach eadar sreathan van der Waals faisg air làimh gus còmhlain moiré agus còmhnard a thoirt gu buil ann an graphene. Tha a’ bhun-bheachd seo air a thighinn gu bhith na dhòigh ùr is gun samhail airson feartan innealan atharrachadh agus gnàthachadh gu mòr stèidhichte air stuthan dà-thaobhach gus sruthadh gnàthach a choileanadh. Chaidh buaidh iongantach “Twistronics” a nochdadh ann an obair ùr-ghnàthach an luchd-rannsachaidh, a’ sealltainn nuair a thèid dà shreath graphene aon-shreath a chruachadh aig ceàrn toinneamh “ceàrn draoidheil” de θ=1.1 ± 0.1°, nochdaidh còmhlan gu math rèidh. .
Anns an sgrùdadh seo, anns a’ ghraiféin dà-fhilleadh toinnte (TBLG), bha ìre inslitheachaidh a’ chiad mhicrostiall (feart structarail) den superlattice aig an “ceàrn draoidheachd” leth-lìonta. Cho-dhùin an sgioba rannsachaidh gur e inslitheadair Mott a tha seo (inslitheadair le feartan superconducting) a tha a’ nochdadh superconductivity aig ìrean dopaidh beagan nas àirde agus nas ìsle. Tha an diagram ìre a’ sealltainn an superconductor aig teòthachd àrd eadar an teòthachd gluasaid superconductor (Tc) agus teòthachd Fermi (Tf). Dh’ adhbharaich an rannsachadh seo ùidh mhòr agus deasbad teòiridheach air structar còmhlan grafaein, topology agus siostaman leth-chonnsachaidh “Ceàrn Draoidheachd” a bharrachd. An coimeas ris an aithisg theòiridheach thùsail, tha rannsachadh deuchainneach tearc agus chan eil e ach air tòiseachadh. Anns an sgrùdadh seo, rinn an sgioba tomhais tar-chuir air a’ ghraiféin dà-fhilleadh toinnte “ceàrn draoidheachd” a’ sealltainn nan staidean inslitheachaidh agus superconductor buntainneach.
Is e ceàrn gun dùil de 0.93 ± 0.01, a tha 15% nas lugha na an “Ceàrnan Draoidheachd” a chaidh a stèidheachadh, an ceàrn as lugha a chaidh aithris gu ruige seo agus tha feartan superconductival aige. Tha na toraidhean seo a’ nochdadh gum faod an staid co-dhàimh ùr nochdadh anns an t-sreath grafain dà-shreath toinnte “Ceàrnan Draoidheachd”, nas ìsle na a’ phrìomh “cheàrnan draoidheachd”, nas fhaide na a’ chiad mhicro-stiall de ghrafain. Gus na h-innealan grafain dà-shreath toinnte “adharc draoidheachd” seo a thogail, chleachd an sgioba dòigh-obrach “reub is cruach”. Tha an structar eadar na sreathan boron nitride (BN) sia-thaobhach air a ghlacadh; air a phàtranachadh ann an geoimeatraidh slat Hall le iomadh uèir ceangailte ri ceanglaichean oir Cr/Au (cròmium/òr). Chaidh an inneal grafain dà-shreath toinnte “Ceàrnan Draoidheachd” gu lèir a dhèanamh air mullach an t-sreath grafain a chaidh a chleachdadh mar a’ gheata chùil.
Bidh luchd-saidheans a’ cleachdadh dhòighean glasaidh àbhaisteach sruth dhìreach (DC) agus sruth eile (AC) gus innealan a thomhas ann an criostait pumpaichte HE4 agus HE3. Chlàr an sgioba an dàimh eadar strì fad-ùine an uidheim (Rxx) agus an raon bholtaids geata leudaichte (VG) agus rinn iad àireamhachadh air an raon magnetach B aig teòthachd 1.7K. Chaidh fhaicinn gu robh neo-chothromachd bheag toll-dealanach na fheart nàdarrach den inneal grafain dà-fhilleadh toinnte “Magic Angle”. Mar a chaidh fhaicinn ann an aithisgean roimhe, chlàr an sgioba na toraidhean seo agus mhìnich iad na h-aithisgean a tha air a bhith superconductive gu ruige seo. Bidh an “Magic Angle” sònraichte a’ tionndadh ceàrn torsion as ìsle an inneil grafain dà-fhilleadh. Le sgrùdadh nas mionaidiche air cairt luchd-leantainn Landau, fhuair an luchd-rannsachaidh cuid de fheartan sònraichte.
Mar eisimpleir, tha am bàrr aig leth-lìonadh agus an crìonadh dà-fhillte aig ìre Landau a rèir nan staidean insulation coltach ri Moment a chaidh fhaicinn roimhe. Sheall an sgioba briseadh ann an co-chothromachd gleann snìomh tuairmseach SU(4) agus cruthachadh uachdar Fermi leth-ghràin ùr. Ach, feumaidh na mion-fhiosrachadh sgrùdadh nas mionaidiche. Chaidh coltas superconductivity fhaicinn cuideachd, a mheudaich Rxx (strì fad-ùine), coltach ri sgrùdaidhean roimhe. An uairsin rinn an sgioba sgrùdadh air an teòthachd èiginneach (Tc) den ìre superconducting. Leis nach deach dàta fhaighinn airson doping as fheàrr de superconductors san sampall seo, ghabh na luchd-saidheans ris teòthachd èiginneach suas ri 0.5K. Ach, bidh na h-innealan sin neo-èifeachdach gus am bi iad comasach air dàta soilleir fhaighinn bhon staid superconducting. Gus sgrùdadh a dhèanamh air an staid superconducting tuilleadh, thomhais an luchd-rannsachaidh feartan bholtaids-sruth ceithir-crìochnachaidh (VI) an inneil aig diofar dùmhlachdan giùlain.
Tha an aghaidh a fhuaireadh a’ sealltainn gu bheilear a’ faicinn super-shruth thairis air raon dùmhlachd nas motha agus a’ sealltainn gu bheil super-shruth air a chumail fodha nuair a thèid raon magnetach co-shìnte a chuir an sàs. Gus tuigse fhaighinn air a’ ghiùlan a chaidh fhaicinn san sgrùdadh, rinn an luchd-rannsachaidh àireamhachadh air structar còmhlan Moir an inneil graphene dà-fhilleadh toinnte “Magic Angle” a’ cleachdadh modail Bistritzer-MacDonald agus paramadairean leasaichte. An coimeas ris an àireamhachadh roimhe air ceàrn “Magic Angle”, chan eil a’ chòmhlan Moire lùth ìosal a chaidh obrachadh a-mach air a sgaradh bhon chòmhlan lùth àrd. Ged a tha ceàrn toinneamh an inneil nas lugha na ceàrn “an ceàrn draoidheachd” a chaidh obrachadh a-mach ann an àite eile, tha iongantas aig an inneal a tha gu làidir co-cheangailte ri sgrùdaidhean roimhe (insulation Mort agus superconductivity), a lorg fiosaigich a bha ris nach robh dùil agus comasach.
Às dèidh tuilleadh measadh a dhèanamh air a’ ghiùlan aig dùmhlachdan mòra (an àireamh de staidean a tha rim faighinn air gach lùth), tha na feartan a chunnaic na luchd-saidheans air an cur às leth nan staidean inslitheachaidh co-cheangailte a tha a’ nochdadh às ùr. San àm ri teachd, thèid sgrùdadh nas mionaidiche a dhèanamh air dùmhlachd staidean (DOS) gus tuigse fhaighinn air an staid neònach de inslitheachadh agus gus faighinn a-mach an gabh an seòrsachadh mar lionntan snìomh cuantamach. San dòigh seo, mhothaich luchd-saidheans superconductivity faisg air an staid inslitheachaidh coltach ri Mox ann an inneal graphene dà-fhilleadh toinnte le ceàrn beag toinneamh (0.93°). Tha an sgrùdadh seo a’ sealltainn, eadhon aig ceàrnan cho beag agus dùmhlachdan àrda, gu bheil buaidh co-dhàimh electron air feartan moiré mar an ceudna. San àm ri teachd, thèid gleanntan snìomh na h-ìre inslitheachaidh a sgrùdadh, agus thèid ìre ùr superconducting a sgrùdadh aig teòthachd nas ìsle. Thèid rannsachadh deuchainneach a chur còmhla ri oidhirpean teòiridheach gus tùs a’ ghiùlain seo a thuigsinn.
Àm puist: 8 Dàmhair 2019