Perilaku garis-garis Mohr dan sabuk datar dalam ilmu sains dan fisika kuantum yang disebut "Sudut Ajaib" grafen lapis ganda terpilin (TBLG) telah menarik minat besar dari para ilmuwan, meskipun banyak properti menghadapi perdebatan sengit. Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan dalam jurnal Science Progress, Emilio Colledo dan para ilmuwan di Departemen Fisika dan Ilmu Material di Amerika Serikat dan Jepang mengamati superkonduktivitas dan analogi dalam grafen lapis ganda terpilin. Keadaan isolator Mott memiliki sudut puntir sekitar 0,93 derajat. Sudut ini 15% lebih kecil dari sudut "sudut ajaib" (1,1°) yang dihitung dalam studi sebelumnya. Studi ini menunjukkan bahwa rentang "sudut ajaib" grafen lapis ganda terpilin lebih besar dari yang diperkirakan sebelumnya.
Studi ini menyediakan banyak informasi baru untuk menguraikan fenomena kuantum yang kuat dalam graphene dwi lapis yang terpilin untuk aplikasi dalam fisika kuantum. Fisikawan mendefinisikan "Twistronik" sebagai sudut puntir relatif antara lapisan van der Waals yang berdekatan untuk menghasilkan moiré dan pita datar dalam graphene. Konsep ini telah menjadi metode baru dan unik untuk mengubah dan menyesuaikan properti perangkat secara signifikan berdasarkan bahan dua dimensi untuk mencapai aliran arus. Efek luar biasa dari "Twistronik" dicontohkan dalam karya perintis para peneliti, yang menunjukkan bahwa ketika dua lapisan graphene satu lapis ditumpuk pada sudut puntir "sudut ajaib" θ=1,1±0,1°, pita yang sangat datar muncul.
Dalam penelitian ini, dalam grafen bilayer terpilin (TBLG), fase isolasi dari mikrostrip pertama (fitur struktural) superlattice pada "sudut ajaib" terisi setengah. Tim peneliti menentukan bahwa ini adalah isolator Mott (isolator dengan sifat superkonduktor) yang menunjukkan superkonduktivitas pada tingkat doping yang sedikit lebih tinggi dan lebih rendah. Diagram fase menunjukkan superkonduktor suhu tinggi antara suhu transisi superkonduktor (Tc) dan suhu Fermi (Tf). Penelitian ini menghasilkan minat besar dan perdebatan teoritis tentang struktur pita grafen, topologi, dan sistem semikonduktor "Sudut Ajaib" tambahan. Dibandingkan dengan laporan teoritis asli, penelitian eksperimental jarang terjadi dan baru saja dimulai. Dalam penelitian ini, tim melakukan pengukuran transmisi pada grafen bilayer terpilin "sudut ajaib" yang menunjukkan status isolasi dan superkonduktor yang relevan.
Sudut terdistorsi tak terduga sebesar 0,93 ± 0,01, yang 15% lebih kecil dari "Sudut Ajaib" yang ditetapkan, juga merupakan yang terkecil yang dilaporkan hingga saat ini dan menunjukkan sifat superkonduktor. Hasil ini menunjukkan bahwa keadaan korelasi baru dapat muncul dalam grafen lapis ganda terpilin "Sudut Ajaib", lebih rendah dari "sudut ajaib" primer, di luar mikrostrip grafen pertama. Untuk membangun perangkat grafen lapis ganda terpilin "tanduk ajaib" ini, tim menggunakan pendekatan "sobek dan susun". Struktur antara lapisan boron nitrida (BN) heksagonal dienkapsulasi; dipolakan menjadi geometri batang Hall dengan beberapa kabel yang disambungkan ke kontak tepi Cr/Au (kromium/emas). Seluruh perangkat grafen lapis ganda terpilin "Sudut Ajaib" dibuat di atas lapisan grafen yang digunakan sebagai gerbang belakang.
Para ilmuwan menggunakan teknik penguncian arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC) standar untuk mengukur perangkat dalam kriostat HE4 dan HE3 yang dipompa. Tim mencatat hubungan antara resistansi longitudinal perangkat (Rxx) dan rentang tegangan gerbang yang diperluas (VG) dan menghitung medan magnet B pada suhu 1,7K. Asimetri elektron-lubang kecil diamati sebagai sifat inheren dari perangkat graphene bilayer yang dipilin “Magic Angle”. Seperti yang diamati dalam laporan sebelumnya, tim mencatat hasil ini dan merinci laporan yang sejauh ini bersifat superkonduktor. “Magic Angle” yang khas memutar sudut torsi minimum dari perangkat graphene bilayer. Dengan pemeriksaan yang lebih dekat pada bagan kipas Landau, para peneliti memperoleh beberapa fitur penting.
Misalnya, puncak pada setengah pengisian dan degenerasi dua kali lipat dari level Landau konsisten dengan keadaan isolasi seperti Momen yang diamati sebelumnya. Tim menunjukkan adanya pemutusan simetri dari lembah spin perkiraan SU(4) dan pembentukan permukaan Fermi kuasi-partikel baru. Namun, detailnya memerlukan pemeriksaan yang lebih rinci. Munculnya superkonduktivitas juga diamati, yang meningkatkan Rxx (resistansi longitudinal), mirip dengan penelitian sebelumnya. Tim kemudian memeriksa suhu kritis (Tc) dari fase superkonduktor. Karena tidak ada data yang diperoleh untuk doping superkonduktor yang optimal dalam sampel ini, para ilmuwan mengasumsikan suhu kritis hingga 0,5K. Namun, perangkat ini menjadi tidak efektif sampai mereka dapat memperoleh data yang jelas dari keadaan superkonduktor. Untuk menyelidiki lebih lanjut keadaan superkonduktor, para peneliti mengukur karakteristik tegangan-arus (VI) empat terminal perangkat pada kepadatan pembawa yang berbeda.
Resistansi yang diperoleh menunjukkan bahwa arus super diamati pada rentang kepadatan yang lebih besar dan menunjukkan penekanan arus super ketika medan magnet paralel diterapkan. Untuk mendapatkan wawasan tentang perilaku yang diamati dalam penelitian ini, para peneliti menghitung struktur pita Moir dari perangkat graphene bilayer bengkok "Magic Angle" menggunakan model Bistritzer-MacDonald dan parameter yang ditingkatkan. Dibandingkan dengan perhitungan sudut "Magic Angle" sebelumnya, pita Moire energi rendah yang dihitung tidak terisolasi dari pita energi tinggi. Meskipun sudut puntir perangkat lebih kecil daripada sudut "magic angle" yang dihitung di tempat lain, perangkat tersebut memiliki fenomena yang sangat terkait dengan penelitian sebelumnya (isolasi Mort dan superkonduktivitas), yang menurut fisikawan tidak terduga dan layak.
Setelah mengevaluasi lebih lanjut perilaku pada kepadatan tinggi (jumlah status yang tersedia pada setiap energi), karakteristik yang diamati oleh para ilmuwan dikaitkan dengan status isolasi terkait yang baru muncul. Di masa mendatang, studi yang lebih rinci tentang kepadatan status (DOS) akan dilakukan untuk memahami status isolasi ganjil dan untuk menentukan apakah status tersebut dapat diklasifikasikan sebagai cairan spin kuantum. Dengan cara ini, para ilmuwan mengamati superkonduktivitas di dekat status isolasi seperti Mox dalam perangkat graphene dwilapis yang dipilin dengan sudut puntir kecil (0,93°). Studi ini menunjukkan bahwa bahkan pada sudut yang sangat kecil dan kepadatan yang tinggi, efek korelasi elektron pada sifat moiré adalah sama. Di masa mendatang, lembah spin dari fase isolasi akan dipelajari, dan fase superkonduktor baru akan dipelajari pada suhu yang lebih rendah. Penelitian eksperimental akan dikombinasikan dengan upaya teoritis untuk memahami asal mula perilaku ini.
Waktu posting: 08-Okt-2019