ग्राफीन की अतिचालकता और भी आकर्षक है! नवीनतम खोज: ग्राफीन में "जादुई कोण" की सीमा अपेक्षा से कहीं अधिक है।

विज्ञान और क्वांटम भौतिकी में मोहर धारियों और सपाट बेल्टों के व्यवहार को "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन (टीबीएलजी) कहा जाता है, जिसने वैज्ञानिकों का काफी ध्यान आकर्षित किया है, हालांकि इसके कई गुणों पर गरमागरम बहस चल रही है। साइंस प्रोग्रेस पत्रिका में प्रकाशित एक नए अध्ययन में, एमिलियो कोलेडो और संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान के भौतिकी और पदार्थ विज्ञान विभाग के वैज्ञानिकों ने ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन में सुपरकंडक्टिविटी और एनालॉजी का अवलोकन किया है। मॉट इंसुलेटर अवस्था का ट्विस्ट कोण लगभग 0.93 डिग्री है। यह कोण पिछले अध्ययन में गणना किए गए "मैजिक एंगल" कोण (1.1°) से 15% छोटा है। यह अध्ययन दर्शाता है कि ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन का "मैजिक एंगल" दायरा पहले की अपेक्षा कहीं अधिक है।

यह अध्ययन क्वांटम भौतिकी में अनुप्रयोगों के लिए ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन में मजबूत क्वांटम घटनाओं को समझने के लिए प्रचुर मात्रा में नई जानकारी प्रदान करता है। भौतिक विज्ञानी ग्राफीन में मोइरे और फ्लैट बैंड उत्पन्न करने के लिए आसन्न वैन डेर वाल्स परतों के बीच सापेक्ष घुमाव कोण को "ट्विस्ट्रोनिक्स" के रूप में परिभाषित करते हैं। यह अवधारणा दो-आयामी सामग्रियों पर आधारित उपकरणों के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदलने और अनुकूलित करने के लिए एक नई और अनूठी विधि बन गई है, जिससे वर्तमान प्रवाह प्राप्त किया जा सके। शोधकर्ताओं के अग्रणी कार्य में "ट्विस्ट्रोनिक्स" के उल्लेखनीय प्रभाव का उदाहरण दिया गया है, जिसमें यह प्रदर्शित किया गया है कि जब दो एकल-परत ग्राफीन परतों को θ=1.1±0.1° के "मैजिक एंगल" घुमाव कोण पर स्टैक किया जाता है, तो एक बहुत ही फ्लैट बैंड दिखाई देता है।

इस अध्ययन में, ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन (TBLG) में, सुपरलैटिस की पहली माइक्रोस्ट्रिप (संरचनात्मक विशेषता) का "मैजिक एंगल" पर स्थित इंसुलेटिंग फेज़ अर्ध-भरा हुआ पाया गया। शोध दल ने निर्धारित किया कि यह एक मॉट इंसुलेटर (सुपरकंडक्टिंग गुणों वाला एक इंसुलेटर) है जो थोड़े उच्च और निम्न डोपिंग स्तरों पर सुपरकंडक्टिविटी प्रदर्शित करता है। फेज़ आरेख सुपरकंडक्टिंग ट्रांज़िशन तापमान (Tc) और फर्मी तापमान (Tf) के बीच उच्च तापमान सुपरकंडक्टर को दर्शाता है। इस शोध ने ग्राफीन बैंड संरचना, टोपोलॉजी और अतिरिक्त "मैजिक एंगल" सेमीकंडक्टर प्रणालियों पर काफी रुचि और सैद्धांतिक बहस को जन्म दिया है। मूल सैद्धांतिक रिपोर्ट की तुलना में, प्रायोगिक शोध दुर्लभ है और अभी शुरू ही हुआ है। इस अध्ययन में, दल ने "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन पर ट्रांसमिशन माप किए, जिससे संबंधित इंसुलेटिंग और सुपरकंडक्टिंग अवस्थाएँ प्रदर्शित हुईं।

अप्रत्याशित रूप से विकृत कोण 0.93 ± 0.01, जो स्थापित "मैजिक एंगल" से 15% छोटा है, अब तक रिपोर्ट किया गया सबसे छोटा कोण भी है और अतिचालक गुण प्रदर्शित करता है। ये परिणाम दर्शाते हैं कि प्राथमिक "मैजिक एंगल" से कम, पहले माइक्रोस्ट्रिप से परे, "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन में नई सहसंबंध अवस्था प्रकट हो सकती है। इन "मैजिक हॉर्न" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन उपकरणों के निर्माण के लिए, टीम ने "टियर एंड स्टैक" विधि का उपयोग किया। हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (BN) परतों के बीच की संरचना को समाहित किया गया; इसे हॉल रॉड ज्यामिति में पैटर्न किया गया जिसमें कई तार Cr/Au (क्रोमियम/सोना) एज कॉन्टैक्ट्स से जुड़े थे। संपूर्ण "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन उपकरण को बैक गेट के रूप में उपयोग की जाने वाली ग्राफीन परत के ऊपर निर्मित किया गया था।

वैज्ञानिकों ने पंप किए गए HE4 और HE3 क्रायोस्टेट्स में उपकरणों को मापने के लिए मानक प्रत्यक्ष धारा (DC) और प्रत्यावर्ती धारा (AC) लॉकिंग तकनीकों का उपयोग किया। टीम ने उपकरण के अनुदैर्ध्य प्रतिरोध (Rxx) और विस्तारित गेट वोल्टेज (VG) रेंज के बीच संबंध दर्ज किया और 1.7K तापमान पर चुंबकीय क्षेत्र B की गणना की। "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन उपकरण का एक अंतर्निहित गुण सूक्ष्म इलेक्ट्रॉन-होल विषमता पाया गया। जैसा कि पिछली रिपोर्टों में देखा गया है, टीम ने इन परिणामों को दर्ज किया और अब तक के सुपरकंडक्टिंग परिणामों का विस्तृत विवरण दिया। विशिष्ट "मैजिक एंगल" बाइलेयर ग्राफीन उपकरण के न्यूनतम मरोड़ कोण को निर्धारित करता है। लैंडौ फैन चार्ट की गहन जांच से शोधकर्ताओं को कुछ उल्लेखनीय विशेषताएं प्राप्त हुईं।

उदाहरण के लिए, हाफ फिल पर शिखर और लैंडौ स्तर की दोहरी अपभ्रंशता पहले देखे गए मोमेंट-जैसे इन्सुलेशन अवस्थाओं के अनुरूप हैं। टीम ने लगभग स्पिन वैली SU(4) की समरूपता में एक ब्रेक और एक नए क्वासी-पार्टिकल फर्मी सतह के निर्माण को दर्शाया। हालांकि, इसके विवरण के लिए अधिक विस्तृत जांच की आवश्यकता है। सुपरकंडक्टिविटी का दिखना भी देखा गया, जिससे Rxx (अनुदैर्ध्य प्रतिरोध) में वृद्धि हुई, जो पिछले अध्ययनों के समान है। टीम ने फिर सुपरकंडक्टिंग चरण के क्रांतिक तापमान (Tc) की जांच की। चूंकि इस नमूने में सुपरकंडक्टर्स की इष्टतम डोपिंग के लिए कोई डेटा प्राप्त नहीं हुआ था, इसलिए वैज्ञानिकों ने 0.5K तक के क्रांतिक तापमान को माना। हालांकि, सुपरकंडक्टिंग अवस्था से स्पष्ट डेटा प्राप्त होने तक ये उपकरण अप्रभावी हो जाते हैं। सुपरकंडक्टिंग अवस्था की आगे जांच करने के लिए, शोधकर्ताओं ने विभिन्न वाहक घनत्वों पर उपकरण की चार-टर्मिनल वोल्टेज-करंट (VI) विशेषताओं को मापा।

प्राप्त प्रतिरोध से पता चलता है कि सुपरकरंट एक व्यापक घनत्व सीमा में देखा जाता है और समानांतर चुंबकीय क्षेत्र लागू करने पर सुपरकरंट का दमन होता है। अध्ययन में देखे गए व्यवहार को समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने बिस्ट्रिट्ज़र-मैकडोनाल्ड मॉडल और बेहतर मापदंडों का उपयोग करके "मैजिक एंगल" ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन डिवाइस की मोइर बैंड संरचना की गणना की। "मैजिक एंगल" कोण की पिछली गणना की तुलना में, गणना किया गया निम्न ऊर्जा मोइर बैंड उच्च ऊर्जा बैंड से पृथक नहीं है। यद्यपि डिवाइस का ट्विस्ट कोण अन्यत्र गणना किए गए "मैजिक एंगल" कोण से छोटा है, फिर भी डिवाइस में एक ऐसी घटना देखी गई है जो पिछले अध्ययनों (मोइर इन्सुलेशन और सुपरकंडक्टिविटी) से दृढ़ता से संबंधित है, जिसे भौतिकविदों ने अप्रत्याशित और व्यवहार्य पाया।

उच्च घनत्वों (प्रत्येक ऊर्जा पर उपलब्ध अवस्थाओं की संख्या) पर व्यवहार का और अधिक मूल्यांकन करने के बाद, वैज्ञानिकों द्वारा देखे गए लक्षणों को नवगठित संबद्ध इन्सुलेशन अवस्थाओं के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है। भविष्य में, अवस्थाओं के घनत्व (DOS) का अधिक विस्तृत अध्ययन इन्सुलेशन की विषम अवस्था को समझने और यह निर्धारित करने के लिए किया जाएगा कि क्या उन्हें क्वांटम स्पिन तरल के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। इस प्रकार, वैज्ञानिकों ने एक छोटे घुमाव कोण (0.93°) वाले ट्विस्टेड बाइलेयर ग्राफीन उपकरण में मॉक्स जैसी इन्सुलेट अवस्था के निकट अतिचालकता देखी। यह अध्ययन दर्शाता है कि इतने छोटे कोणों और उच्च घनत्वों पर भी, मोइरे के गुणों पर इलेक्ट्रॉन सहसंबंध का प्रभाव समान रहता है। भविष्य में, इन्सुलेट चरण की स्पिन घाटियों का अध्ययन किया जाएगा, और कम तापमान पर एक नए अतिचालक चरण का अध्ययन किया जाएगा। इस व्यवहार के मूल को समझने के लिए प्रायोगिक अनुसंधान को सैद्धांतिक प्रयासों के साथ जोड़ा जाएगा।