Ponašanje Mohrovih pruga i ravnih pojaseva u znanosti i kvantnoj fizici nazvanih "Magični kut" uvijenog dvoslojnog grafena (TBLG) privuklo je veliki interes znanstvenika, iako se mnoga svojstva suočavaju s žustrom raspravom. U novoj studiji objavljenoj u časopisu Science Progress, Emilio Colledo i znanstvenici s Odjela za fiziku i znanost o materijalima u Sjedinjenim Državama i Japanu primijetili su supravodljivost i analogiju u uvijenom dvoslojnom grafenu. Mottovo izolatorsko stanje ima kut uvijanja od oko 0,93 stupnja. Ovaj kut je 15% manji od kuta "magičnog kuta" (1,1°) izračunatog u prethodnoj studiji. Ova studija pokazuje da je raspon "magičnog kuta" uvijenog dvoslojnog grafena veći nego što se prethodno očekivalo.
Ova studija pruža obilje novih informacija za dešifriranje jakih kvantnih fenomena u uvijenom dvoslojnom grafenu za primjenu u kvantnoj fizici. Fizičari definiraju „Twistroniku“ kao relativni kut uvijanja između susjednih van der Waalsovih slojeva kako bi se stvorili moiré i ravni pojasevi u grafenu. Ovaj koncept postao je nova i jedinstvena metoda za značajno mijenjanje i prilagođavanje svojstava uređaja na temelju dvodimenzionalnih materijala kako bi se postigao protok struje. Izvanredan učinak „Twistronike“ prikazan je u pionirskom radu istraživača, pokazujući da kada se dva jednoslojna sloja grafena naslažu pod kutom uvijanja „magičnim kutom“ od θ=1,1±0,1°, pojavljuje se vrlo ravni pojas.
U ovoj studiji, u upletenom dvoslojnom grafenu (TBLG), izolacijska faza prve mikrostripne trake (strukturne značajke) superrešetke pod „magičnim kutom“ bila je poluispunjena. Istraživački tim utvrdio je da se radi o Mottovom izolatoru (izolatoru sa supravodljivim svojstvima) koji pokazuje supravodljivost pri nešto višim i nižim razinama dopiranja. Fazni dijagram prikazuje visokotemperaturni supravodič između temperature supravodljivog prijelaza (Tc) i Fermijeve temperature (Tf). Ovo istraživanje dovelo je do velikog interesa i teorijske rasprave o strukturi grafenskih vrpci, topologiji i dodatnim poluvodičkim sustavima „magičnog kuta“. U usporedbi s izvornim teorijskim izvješćem, eksperimentalna istraživanja su rijetka i tek su započela. U ovoj studiji, tim je proveo mjerenja prijenosa na upletenom dvoslojnom grafenu pod „magičnim kutom“, pokazujući relevantna izolacijska i supravodljiva stanja.
Neočekivano iskrivljeni kut od 0,93 ± 0,01, što je 15% manje od utvrđenog "Magicnog kuta", ujedno je i najmanji do sada zabilježeni kut i pokazuje supravodljiva svojstva. Ovi rezultati ukazuju na to da se novo korelacijsko stanje može pojaviti u uvijenom dvoslojnom grafenu "Magic Angle", niže od primarnog "magicnog kuta", iza prve mikrostrip grafena. Za izgradnju ovih uređaja s uvijenim dvoslojnim grafenom "magic horn", tim je koristio pristup "kidanja i slaganja". Struktura između heksagonalnih slojeva borovog nitrida (BN) je enkapsulirana; oblikovana u geometriju Hallovog štapa s više žica spojenih na rubne kontakte Cr/Au (krom/zlato). Cijeli uređaj s uvijenim dvoslojnim grafenom "Magic Angle" izrađen je na vrhu sloja grafena koji se koristi kao stražnja vrata.
Znanstvenici koriste standardne tehnike zaključavanja istosmjerne (DC) i izmjenične (AC) struje za mjerenje uređaja u pumpanim kriostatima HE4 i HE3. Tim je zabilježio odnos između uzdužnog otpora uređaja (Rxx) i proširenog raspona napona vrata (VG) te izračunao magnetsko polje B na temperaturi od 1,7 K. Uočena je mala asimetrija elektrona i rupa kao inherentno svojstvo uređaja s uvijenim dvoslojnim grafenom "Magični kut". Kao što je uočeno u prethodnim izvješćima, tim je zabilježio ove rezultate i detaljno opisao izvješća koja su do sada bila supravodljiva. Karakteristični "Magični kut" uvija minimalni kut torzije uređaja s dvoslojnim grafenom. Detaljnijim ispitivanjem Landauovog lepezastog dijagrama, istraživači su uočili neke značajne značajke.
Na primjer, vrh pri pola punjenja i dvostruka degeneracija Landauove razine u skladu su s prethodno opaženim stanjima izolacije sličnim momentu. Tim je pokazao prekid simetrije približne spinske doline SU(4) i formiranje nove kvazičestične Fermijeve površine. Međutim, detalji zahtijevaju detaljniji pregled. Također je uočena pojava supravodljivosti, što je povećalo Rxx (uzdužni otpor), slično prethodnim studijama. Tim je zatim ispitao kritičnu temperaturu (Tc) supravodljive faze. Budući da nisu dobiveni podaci za optimalno dopiranje supravodiča u ovom uzorku, znanstvenici su pretpostavili kritičnu temperaturu do 0,5 K. Međutim, ovi uređaji postaju neučinkoviti sve dok ne uspiju dobiti jasne podatke iz supravodljivog stanja. Kako bi dalje istražili supravodljivo stanje, istraživači su izmjerili karakteristike napona i struje (VI) na četiri terminala uređaja pri različitim gustoćama nositelja.
Dobiveni otpor pokazuje da se superstruja opaža u većem rasponu gustoće i pokazuje supresiju superstruje kada se primijeni paralelno magnetsko polje. Kako bi dobili uvid u ponašanje opaženo u studiji, istraživači su izračunali strukturu Moirove vrpce uređaja s uvijenim dvoslojnim grafenom "Magični kut" koristeći Bistritzer-MacDonaldov model i poboljšane parametre. U usporedbi s prethodnim izračunom kuta "Magični kut", izračunata Moireova vrpca niske energije nije izolirana od vrpce visoke energije. Iako je kut uvijanja uređaja manji od kuta "magičnog kuta" izračunatog drugdje, uređaj ima fenomen koji je snažno povezan s prethodnim studijama (Mortova izolacija i supravodljivost), za koji su fizičari utvrdili da je neočekivan i izvediv.
Nakon daljnje procjene ponašanja pri velikim gustoćama (broj dostupnih stanja na svakoj energiji), karakteristike koje su znanstvenici uočili pripisuju se novonastalim povezanim izolacijskim stanjima. U budućnosti će se provesti detaljnija studija gustoće stanja (DOS) kako bi se razumjelo neparno stanje izolacije i utvrdilo mogu li se klasificirati kao kvantne spinske tekućine. Na taj su način znanstvenici uočili supravodljivost blizu Mox-sličnog izolacijskog stanja u uvijenom dvoslojnom grafenskom uređaju s malim kutom uvijanja (0,93°). Ova studija pokazuje da je čak i pri tako malim kutovima i visokim gustoćama učinak korelacije elektrona na svojstva moiréa isti. U budućnosti će se proučavati spinske doline izolacijske faze, a nova supravodljiva faza će se proučavati na nižoj temperaturi. Eksperimentalna istraživanja će se kombinirati s teorijskim naporima kako bi se razumjelo podrijetlo ovog ponašanja.
Vrijeme objave: 08.10.2019.