O comportamento das raias de Mohr e as correas planas na ciencia da ciencia e a física cuántica, chamado grafeno bicapa retorcido de "ángulo máxico" (TBLG), espertou un grande interese por parte dos científicos, aínda que moitas propiedades se enfrontan a un acalorado debate. Nun novo estudo publicado na revista Science Progress, Emilio Colledo e científicos do Departamento de Física e Ciencia de Materiais dos Estados Unidos e do Xapón observaron supercondutividade e analoxía no grafeno bicapa retorcido. O estado illante de Mott ten un ángulo de torsión duns 0,93 graos. Este ángulo é un 15 % menor que o ángulo do "ángulo máxico" (1,1°) calculado no estudo anterior. Este estudo demostra que o rango do "ángulo máxico" do grafeno bicapa retorcido é maior do esperado anteriormente.
Este estudo proporciona unha gran cantidade de información nova para descifrar os fortes fenómenos cuánticos no grafeno bicapa retorcido para aplicacións na física cuántica. Os físicos definen a "torsión" como o ángulo de torsión relativo entre capas adxacentes de van der Waals para producir bandas moiré e planas no grafeno. Este concepto converteuse nun método novo e único para cambiar e personalizar significativamente as propiedades dos dispositivos baseadas en materiais bidimensionais para lograr o fluxo de corrente. O notable efecto da "torsión" exemplificouse no traballo pioneiro dos investigadores, demostrando que cando dúas capas de grafeno dunha soa capa se apilan nun ángulo de torsión de "ángulo máxico" de θ=1,1±0,1°, aparece unha banda moi plana.
Neste estudo, no grafeno bicapa retorcido (TBLG), a fase illante da primeira microbanda (característica estrutural) da superrede no "ángulo máxico" estaba semichea. O equipo de investigación determinou que se trata dun illante de Mott (un illante con propiedades supercondutoras) que presenta supercondutividade a niveis de dopaxe lixeiramente superiores e inferiores. O diagrama de fases mostra o supercondutor de alta temperatura entre a temperatura de transición supercondutora (Tc) e a temperatura de Fermi (Tf). Esta investigación xerou un grande interese e debate teórico sobre a estrutura da banda de grafeno, a topoloxía e outros sistemas semicondutores do "ángulo máxico". En comparación co informe teórico orixinal, a investigación experimental é escasa e acaba de comezar. Neste estudo, o equipo realizou medicións de transmisión no grafeno bicapa retorcido "ángulo máxico" mostrando os estados illantes e supercondutores relevantes.
Un ángulo inesperadamente distorsionado de 0,93 ± 0,01, que é un 15 % menor que o "ángulo máxico" establecido, é tamén o máis pequeno rexistrado ata a data e presenta propiedades supercondutoras. Estes resultados indican que o novo estado de correlación pode aparecer no grafeno bicapa retorcido "ángulo máxico", máis baixo que o "ángulo máxico" primario, máis alá da primeira microtira de grafeno. Para construír estes dispositivos de grafeno bicapa retorcido "corno máxico", o equipo empregou un enfoque de "rasgar e apilar". A estrutura entre as capas hexagonais de nitruro de boro (BN) está encapsulada; modelada nunha xeometría de varilla Hall con múltiples fíos acoplados a contactos de bordo Cr/Au (cromo/ouro). Todo o dispositivo de grafeno bicapa retorcido "ángulo máxico" fabricouse sobre a capa de grafeno utilizada como porta traseira.
Os científicos empregan técnicas estándar de bloqueo de corrente continua (CC) e corrente alterna (CA) para medir dispositivos en criostatos HE4 e HE3 bombeados. O equipo rexistrou a relación entre a resistencia lonxitudinal do dispositivo (Rxx) e o rango de tensión de porta ampliado (VG) e calculou o campo magnético B a unha temperatura de 1,7 K. Observouse que a pequena asimetría electrón-burato era unha propiedade inherente ao dispositivo de grafeno bicapa retorcido "Ángulo máxico". Como se observou en informes anteriores, o equipo rexistrou estes resultados e detallou os informes que resultaron supercondutores ata o de agora. O "Ángulo máxico" característico retorce o ángulo de torsión mínimo do dispositivo de grafeno bicapa. Cun exame máis detallado do gráfico de abano de Landau, os investigadores obtiveron algunhas características notables.
Por exemplo, o pico a metade do recheo e a dexeneración dobre do nivel de Landau son consistentes cos estados de illamento de tipo momento observados previamente. O equipo mostrou unha ruptura na simetría do val de espín aproximado SU(4) e a formación dunha nova superficie de Fermi de cuasipartículas. Non obstante, os detalles requiren unha inspección máis detallada. Tamén se observou a aparición de supercondutividade, o que aumentou Rxx (resistencia lonxitudinal), de xeito similar a estudos previos. O equipo examinou entón a temperatura crítica (Tc) da fase supercondutora. Dado que non se obtiveron datos para o dopado óptimo dos supercondutores nesta mostra, os científicos asumiron unha temperatura crítica de ata 0,5 K. Non obstante, estes dispositivos vólvense ineficaces ata que poden obter datos claros do estado supercondutor. Para investigar máis a fondo o estado supercondutor, os investigadores mediron as características de tensión-corrente (VI) de catro terminais do dispositivo a diferentes densidades de portador.
A resistencia obtida mostra que a supercorrente se observa nun rango de densidade maior e mostra a supresión da supercorrente cando se aplica un campo magnético paralelo. Para obter información sobre o comportamento observado no estudo, os investigadores calcularon a estrutura da banda de Moir do dispositivo de grafeno bicapa retorcida "Ángulo máxico" utilizando o modelo de Bistritzer-MacDonald e parámetros mellorados. En comparación co cálculo anterior do ángulo "Ángulo máxico", a banda de Moir de baixa enerxía calculada non está illada da banda de alta enerxía. Aínda que o ángulo de torsión do dispositivo é menor que o ángulo do "ángulo máxico" calculado noutro lugar, o dispositivo ten un fenómeno que está fortemente relacionado con estudos previos (illamento de Mort e supercondutividade), que os físicos atoparon inesperado e viable.
Tras avaliar máis a fondo o comportamento a grandes densidades (o número de estados dispoñibles en cada enerxía), as características observadas polos científicos atribúense aos estados de illamento asociados que acaban de xurdir. No futuro, realizarase un estudo máis detallado da densidade de estados (DOS) para comprender o estado impar do illamento e determinar se se poden clasificar como líquidos de espín cuántico. Deste xeito, os científicos observaron supercondutividade preto do estado illante de tipo Mox nun dispositivo de grafeno bicapa retorcido cun pequeno ángulo de torsión (0,93°). Este estudo demostra que mesmo a ángulos tan pequenos e densidades tan altas, o efecto da correlación electrónica nas propiedades do moiré é o mesmo. No futuro, estudaranse os vales de espín da fase illante e unha nova fase supercondutora a unha temperatura máis baixa. A investigación experimental combinarase con esforzos teóricos para comprender a orixe deste comportamento.
Data de publicación: 08-09-2019