"મેજિક એંગલ" ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીન (TBLG) નામના વિજ્ઞાન અને ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સમાં મોહર પટ્ટાઓ અને ફ્લેટ બેલ્ટના વર્તન પર વૈજ્ઞાનિકોનો ખૂબ જ રસ પડ્યો છે, જોકે ઘણા ગુણધર્મો ગરમ ચર્ચાનો સામનો કરે છે. સાયન્સ પ્રોગ્રેસ જર્નલમાં પ્રકાશિત થયેલા એક નવા અભ્યાસમાં, એમિલિયો કોલેડો અને યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ અને જાપાનના ભૌતિકશાસ્ત્ર અને સામગ્રી વિજ્ઞાન વિભાગના વૈજ્ઞાનિકોએ ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીનમાં સુપરકન્ડક્ટિવિટી અને સામ્યતાનું અવલોકન કર્યું. મોટ ઇન્સ્યુલેટર સ્ટેટમાં લગભગ 0.93 ડિગ્રીનો ટ્વિસ્ટ એંગલ છે. આ કોણ અગાઉના અભ્યાસમાં ગણતરી કરાયેલ "મેજિક એંગલ" કોણ (1.1°) કરતા 15% નાનો છે. આ અભ્યાસ દર્શાવે છે કે ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીનની "મેજિક એંગલ" શ્રેણી અગાઉની અપેક્ષા કરતા મોટી છે.
આ અભ્યાસ ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ઉપયોગ માટે ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીનમાં મજબૂત ક્વોન્ટમ ઘટનાને સમજવા માટે નવી માહિતીનો ભંડાર પૂરો પાડે છે. ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ "ટ્વિસ્ટ્રોનિક્સ" ને ગ્રાફીનમાં મોઇરે અને ફ્લેટ બેન્ડ ઉત્પન્ન કરવા માટે અડીને આવેલા વાન ડેર વાલ્સ સ્તરો વચ્ચેના સંબંધિત ટ્વિસ્ટ એંગલ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરે છે. વર્તમાન પ્રવાહ પ્રાપ્ત કરવા માટે દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રીના આધારે ઉપકરણ ગુણધર્મોને નોંધપાત્ર રીતે બદલવા અને કસ્ટમાઇઝ કરવા માટે આ ખ્યાલ એક નવી અને અનન્ય પદ્ધતિ બની ગઈ છે. સંશોધકોના અગ્રણી કાર્યમાં "ટ્વિસ્ટ્રોનિક્સ" ની નોંધપાત્ર અસરનું ઉદાહરણ આપવામાં આવ્યું હતું, જે દર્શાવે છે કે જ્યારે બે સિંગલ-લેયર ગ્રાફીન સ્તરોને θ=1.1±0.1° ના "મેજિક એંગલ" ટ્વિસ્ટ એંગલ પર સ્ટેક કરવામાં આવે છે, ત્યારે ખૂબ જ સપાટ બેન્ડ દેખાય છે. .
આ અભ્યાસમાં, ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીન (TBLG) માં, "મેજિક એંગલ" પર સુપરલેટીસના પ્રથમ માઇક્રોસ્ટ્રીપ (સ્ટ્રક્ચરલ ફીચર) ના ઇન્સ્યુલેટીંગ ફેઝ અર્ધ-ભરેલા હતા. સંશોધન ટીમે નક્કી કર્યું કે આ એક મોટ ઇન્સ્યુલેટર (સુપરકન્ડક્ટિંગ પ્રોપર્ટીઝ ધરાવતું ઇન્સ્યુલેટર) છે જે થોડા ઊંચા અને નીચલા ડોપિંગ સ્તરે સુપરકન્ડક્ટિવિટી દર્શાવે છે. ફેઝ ડાયાગ્રામ સુપરકન્ડક્ટિંગ ટ્રાન્ઝિશન ટેમ્પરેચર (Tc) અને ફર્મી ટેમ્પરેચર (Tf) વચ્ચે ઉચ્ચ તાપમાન સુપરકન્ડક્ટર દર્શાવે છે. આ સંશોધનથી ગ્રાફીન બેન્ડ સ્ટ્રક્ચર, ટોપોલોજી અને વધારાના "મેજિક એંગલ" સેમિકન્ડક્ટર સિસ્ટમ્સ પર ખૂબ રસ અને સૈદ્ધાંતિક ચર્ચા થઈ. મૂળ સૈદ્ધાંતિક અહેવાલની તુલનામાં, પ્રાયોગિક સંશોધન દુર્લભ છે અને હમણાં જ શરૂ થયું છે. આ અભ્યાસમાં, ટીમે "મેજિક એંગલ" ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીન પર ટ્રાન્સમિશન માપન હાથ ધર્યું હતું જે સંબંધિત ઇન્સ્યુલેટિંગ અને સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્ટેટ્સ દર્શાવે છે.
0.93 ± 0.01 નો અણધાર્યો વિકૃત ખૂણો, જે સ્થાપિત "મેજિક એંગલ" કરતા 15% નાનો છે, તે આજ સુધીનો સૌથી નાનો પણ છે અને સુપરકન્ડક્ટિંગ ગુણધર્મો દર્શાવે છે. આ પરિણામો સૂચવે છે કે નવી સહસંબંધ સ્થિતિ "મેજિક એંગલ" ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીનમાં દેખાઈ શકે છે, જે પ્રાથમિક "મેજિક એંગલ" કરતા ઓછી છે, જે ગ્રાફીનની પ્રથમ માઇક્રોસ્ટ્રીપની બહાર છે. આ "મેજિક હોર્ન" ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીન ઉપકરણો બનાવવા માટે, ટીમે "ટીયર એન્ડ સ્ટેક" અભિગમનો ઉપયોગ કર્યો. ષટ્કોણ બોરોન નાઇટ્રાઇડ (BN) સ્તરો વચ્ચેનું માળખું સમાવિષ્ટ છે; Cr/Au (ક્રોમિયમ/ગોલ્ડ) ધાર સંપર્કો સાથે જોડાયેલા બહુવિધ વાયર સાથે હોલ રોડ ભૂમિતિમાં પેટર્ન કરેલું છે. સમગ્ર "મેજિક એંગલ" ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીન ઉપકરણ પાછળના દરવાજા તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતા ગ્રાફીન સ્તરની ટોચ પર બનાવવામાં આવ્યું હતું.
પમ્પ્ડ HE4 અને HE3 ક્રાયોસ્ટેટ્સમાં ઉપકરણોને માપવા માટે વૈજ્ઞાનિકો પ્રમાણભૂત ડાયરેક્ટ કરંટ (DC) અને અલ્ટરનેટિંગ કરંટ (AC) લોકીંગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરે છે. ટીમે ઉપકરણના રેખાંશ પ્રતિકાર (Rxx) અને વિસ્તૃત ગેટ વોલ્ટેજ (VG) શ્રેણી વચ્ચેના સંબંધને રેકોર્ડ કર્યો અને 1.7K તાપમાને ચુંબકીય ક્ષેત્ર B ની ગણતરી કરી. નાના ઇલેક્ટ્રોન-હોલ અસમપ્રમાણતા "મેજિક એંગલ" ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીન ઉપકરણનો એક સહજ ગુણધર્મ હોવાનું જોવા મળ્યું. અગાઉના અહેવાલોમાં જોવા મળ્યા મુજબ, ટીમે આ પરિણામો રેકોર્ડ કર્યા અને અત્યાર સુધી સુપરકન્ડક્ટિંગ કરી રહેલા અહેવાલોનું વિગતવાર વર્ણન કર્યું. લાક્ષણિક "મેજિક એંગલ" બાયલેયર ગ્રાફીન ઉપકરણના ન્યૂનતમ ટોર્સિયન એંગલને ટ્વિસ્ટ કરે છે. લેન્ડાઉ ફેન ચાર્ટની નજીકથી તપાસ સાથે, સંશોધકોએ કેટલીક નોંધપાત્ર સુવિધાઓ મેળવી.
ઉદાહરણ તરીકે, અડધા ભરણ પર ટોચ અને લેન્ડાઉ સ્તરની બે ગણી અધોગતિ અગાઉ અવલોકન કરાયેલ મોમેન્ટ જેવી ઇન્સ્યુલેશન સ્થિતિઓ સાથે સુસંગત છે. ટીમે અંદાજિત સ્પિન વેલી SU(4) ની સમપ્રમાણતામાં વિરામ અને નવા ક્વાસી-પાર્ટિકલ ફર્મી સપાટીની રચના દર્શાવી. જો કે, વિગતો માટે વધુ વિગતવાર નિરીક્ષણની જરૂર છે. સુપરકન્ડક્ટિવિટીનો દેખાવ પણ જોવા મળ્યો હતો, જેણે અગાઉના અભ્યાસોની જેમ Rxx (રેખાંશીય પ્રતિકાર) માં વધારો કર્યો હતો. ત્યારબાદ ટીમે સુપરકન્ડક્ટિંગ તબક્કાના નિર્ણાયક તાપમાન (Tc) ની તપાસ કરી. આ નમૂનામાં સુપરકન્ડક્ટર્સના શ્રેષ્ઠ ડોપિંગ માટે કોઈ ડેટા મેળવવામાં આવ્યો ન હોવાથી, વૈજ્ઞાનિકોએ 0.5K સુધીના નિર્ણાયક તાપમાનનું અનુમાન કર્યું. જો કે, આ ઉપકરણો સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાંથી સ્પષ્ટ ડેટા મેળવવામાં સક્ષમ ન થાય ત્યાં સુધી બિનઅસરકારક બની જાય છે. સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિની વધુ તપાસ કરવા માટે, સંશોધકોએ વિવિધ વાહક ઘનતા પર ઉપકરણની ચાર-ટર્મિનલ વોલ્ટેજ-કરંટ (VI) લાક્ષણિકતાઓ માપી.
પ્રાપ્ત પ્રતિકાર દર્શાવે છે કે સુપર કરંટ મોટી ઘનતા શ્રેણી પર અવલોકન કરવામાં આવે છે અને સમાંતર ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે સુપર કરંટનું દમન દર્શાવે છે. અભ્યાસમાં જોવા મળેલા વર્તનની સમજ મેળવવા માટે, સંશોધકોએ બિસ્ટ્રિટ્ઝર-મેકડોનાલ્ડ મોડેલ અને સુધારેલા પરિમાણોનો ઉપયોગ કરીને "મેજિક એંગલ" ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીન ઉપકરણના મોઇર બેન્ડ માળખાની ગણતરી કરી. "મેજિક એંગલ" કોણની અગાઉની ગણતરીની તુલનામાં, ગણતરી કરેલ ઓછી ઉર્જા મોઇર બેન્ડ ઉચ્ચ ઉર્જા બેન્ડથી અલગ નથી. જોકે ઉપકરણનો ટ્વિસ્ટ એંગલ અન્યત્ર ગણતરી કરાયેલ "મેજિક એંગલ" કોણ કરતા નાનો છે, ઉપકરણમાં એક ઘટના છે જે અગાઉના અભ્યાસો (મોર્ટ ઇન્સ્યુલેશન અને સુપરકન્ડક્ટિવિટી) સાથે મજબૂત રીતે સંબંધિત છે, જે ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ અણધારી અને શક્ય શોધી કાઢી હતી.
મોટી ઘનતા (દરેક ઊર્જા પર ઉપલબ્ધ અવસ્થાઓની સંખ્યા) પર વર્તનનું વધુ મૂલ્યાંકન કર્યા પછી, વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા અવલોકન કરાયેલ લાક્ષણિકતાઓ નવી ઉભરતી સંકળાયેલ ઇન્સ્યુલેશન અવસ્થાઓને આભારી છે. ભવિષ્યમાં, ઇન્સ્યુલેશનની વિચિત્ર સ્થિતિને સમજવા અને તેમને ક્વોન્ટમ સ્પિન પ્રવાહી તરીકે વર્ગીકૃત કરી શકાય છે કે કેમ તે નક્કી કરવા માટે ઘનતા અવસ્થાઓ (DOS) નો વધુ વિગતવાર અભ્યાસ હાથ ધરવામાં આવશે. આ રીતે, વૈજ્ઞાનિકોએ નાના ટ્વિસ્ટ એંગલ (0.93°) સાથે ટ્વિસ્ટેડ બાયલેયર ગ્રાફીન ઉપકરણમાં મોક્સ જેવી ઇન્સ્યુલેટિંગ અવસ્થાની નજીક સુપરકન્ડક્ટિવિટીનું અવલોકન કર્યું. આ અભ્યાસ દર્શાવે છે કે આવા નાના ખૂણાઓ અને ઉચ્ચ ઘનતા પર પણ, મોઇરેના ગુણધર્મો પર ઇલેક્ટ્રોન સહસંબંધની અસર સમાન છે. ભવિષ્યમાં, ઇન્સ્યુલેટિંગ તબક્કાની સ્પિન ખીણોનો અભ્યાસ કરવામાં આવશે, અને ઓછા તાપમાને એક નવો સુપરકન્ડક્ટિંગ તબક્કો અભ્યાસ કરવામાં આવશે. આ વર્તનના મૂળને સમજવા માટે પ્રાયોગિક સંશોધનને સૈદ્ધાંતિક પ્રયાસો સાથે જોડવામાં આવશે.
પોસ્ટ સમય: ઓક્ટોબર-૦૮-૨૦૧૯