Hegðun Mohr-rönda og flatra belta í vísindum og skammtafræði, sem kallast „Magic Angle“ snúið tvílagsgrafen (TBLG), hefur vakið mikinn áhuga vísindamanna, þó að margir eiginleikar séu harðlega umdeildir. Í nýrri rannsókn sem birtist í tímaritinu Science Progress, rannsökuðu Emilio Colledo og vísindamenn í eðlisfræði- og efnisfræðideild Bandaríkjanna og Japans ofurleiðni og hliðstæður í snúnu tvílagsgrafeni. Mott-einangrunarástandið hefur snúningshorn upp á um 0,93 gráður. Þetta horn er 15% minna en „töfrahorns“-hornið (1,1°) sem reiknað var út í fyrri rannsókn. Þessi rannsókn sýnir að „töfrahorns“-svið snúiðs tvílagsgrafens er stærra en áður var búist við.
Þessi rannsókn veitir mikið af nýjum upplýsingum til að greina sterk skammtafræðileg fyrirbæri í snúnu tvílaga grafeni til notkunar í skammtafræði. Eðlisfræðingar skilgreina „Twistronics“ sem hlutfallslegt snúningshorn milli aðliggjandi van der Waals laga til að framleiða moiré og flatar bönd í grafeni. Þetta hugtak hefur orðið ný og einstök aðferð til að breyta og aðlaga eiginleika tækja verulega út frá tvívíddarefnum til að ná fram straumflæði. Merkileg áhrif „Twistronics“ voru dæmi um í brautryðjendastarfi vísindamannanna, sem sýndi fram á að þegar tvö einlags grafenlög eru staflað við „töfrahorn“ snúningshorn θ=1,1 ± 0,1°, birtist mjög flatt band.
Í þessari rannsókn, í snúnu tvílaga grafeni (TBLG), var einangrunarfasi fyrstu örræmunnar (byggingareiginleiki) ofurristarinnar við „galdrahornið“ hálffylltur. Rannsóknarhópurinn komst að þeirri niðurstöðu að þetta væri Mott einangrari (einangrari með ofurleiðandi eiginleika) sem sýnir ofurleiðni við örlítið hærri og lægri lyfjagjöf. Fasaritið sýnir háhitastig ofurleiðarans milli ofurleiðandi umskiptahitastigs (Tc) og Fermi hitastigs (Tf). Þessi rannsókn leiddi til mikils áhuga og fræðilegrar umræðu um uppbyggingu grafínbanda, grannfræði og önnur „galdrahorn“ hálfleiðarakerfi. Í samanburði við upprunalegu fræðilegu skýrsluna eru tilraunarannsóknir sjaldgæfar og rétt að byrja. Í þessari rannsókn framkvæmdi hópurinn mælingar á geislun á snúnu tvílaga grafeni með „galdrahorni“ sem sýndi viðeigandi einangrunar- og ofurleiðandi ástand.
Óvænt aflagað horn upp á 0,93 ± 0,01, sem er 15% minna en staðfesta „Töfrahornið“, er einnig það minnsta sem greint hefur verið frá til þessa og sýnir ofurleiðandi eiginleika. Þessar niðurstöður benda til þess að nýja fylgniástandið geti komið fram í „Töfrahorninu“ snúna tvílaga grafíninu, lægra en aðal „töfrahornið“, handan við fyrstu örræmuna af grafíni. Til að smíða þessi „töfrahorn“ snúnu tvílaga grafíntæki notaði teymið „rífa og stafla“ aðferð. Uppbyggingin milli sexhyrndu bórnítríð (BN) laganna er innlimuð; mynstrað í Hall stöng rúmfræði með mörgum vírum tengdum við Cr/Au (króm/gull) brúnatengi. Allt „Töfrahornið“ snúna tvílaga grafíntækið var smíðað ofan á grafínlaginu sem notað var sem bakhlið.
Vísindamenn nota staðlaðar jafnstraums- (DC) og riðstraums- (AC) læsingaraðferðir til að mæla tæki í dæluðum HE4 og HE3 frystikistum. Teymið skráði sambandið milli lengdarviðnáms tækisins (Rxx) og útvíkkaðs hliðspennusviðs (VG) og reiknaði segulsviðið B við hitastigið 1,7K. Lítil ósamhverfa rafeindahola reyndist vera meðfæddur eiginleiki „Magic Angle“ snúna tvílaga grafíntækisins. Eins og fram kom í fyrri skýrslum skráði teymið þessar niðurstöður og lýsti ítarlega skýrslunum sem hafa hingað til verið ofurleiðandi. Einkennandi „Magic Angle“ snýr lágmarks snúningshorni tvílaga grafíntækisins. Með nánari skoðun á Landau vifturitinu komust vísindamennirnir að nokkrum athyglisverðum eiginleikum.
Til dæmis eru hámarkið við hálfa fyllingu og tvöföld hrörnun Landau-stigsins í samræmi við áður mældar einangrunarástand eins og Moment-líkt. Teymið sýndi fram á rof í samhverfu nálgunarinnar á spunadalnum SU(4) og myndun nýs kvasi-agna Fermi-yfirborðs. Hins vegar þarfnast smáatriðanna ítarlegri skoðunar. Einnig sást ofurleiðni, sem jók Rxx (lengdarviðnám), svipað og í fyrri rannsóknum. Teymið skoðaði síðan gagnrýnið hitastig (Tc) ofurleiðandi fasans. Þar sem engin gögn fengust fyrir bestu blöndun ofurleiðara í þessu sýni, gerðu vísindamennirnir ráð fyrir gagnrýnu hitastigi allt að 0,5K. Hins vegar verða þessi tæki óvirk þar til þau geta fengið skýr gögn frá ofurleiðandi ástandinu. Til að rannsaka ofurleiðandi ástandið frekar mældu vísindamennirnir fjögurra pönta spennu-straum (VI) eiginleika tækisins við mismunandi burðarþéttleika.
Viðnámið sem mælt er sýnir að ofurstraumur sést yfir stærra þéttleikabil og sýnir að ofurstraumur er dregið úr áhrifum þegar samsíða segulsviði er beitt. Til að fá innsýn í hegðunina sem sást í rannsókninni reiknuðu vísindamennirnir Moir-bandsbyggingu „Magic Angle“ snúna tvílaga grafíntækisins með því að nota Bistritzer-MacDonald líkanið og bættar breytur. Í samanburði við fyrri útreikninga á „Magic Angle“ horninu er reiknaða lágorku Moire-bandið ekki einangrað frá háorkubandinu. Þó að snúningshorn tækisins sé minna en „magic angle“ hornið sem reiknað var annars staðar, þá hefur tækið fyrirbæri sem tengist sterklega fyrri rannsóknum (Mort einangrun og ofurleiðni), sem eðlisfræðingar komust að því að var óvænt og raunhæft.
Eftir frekari mat á hegðun við mikinn eðlisþyngd (fjöldi ástanda sem eru tiltækar fyrir hverja orku) eru einkennin sem vísindamennirnir sáu rakin til nýrra tengdra einangrunarástanda. Í framtíðinni verður ítarlegri rannsókn á eðlisþyngdarástandi (DOS) gerð til að skilja óvenjulegt ástand einangrunar og ákvarða hvort hægt sé að flokka það sem skammtafræðilega spunavökva. Á þennan hátt fylgdu vísindamenn ofurleiðni nálægt Mox-líku einangrunarástandi í snúnu tvílaga grafíntæki með litlu snúningshorni (0,93°). Þessi rannsókn sýnir að jafnvel við svona lítil horn og mikinn eðlisþyngd eru áhrif rafeindafylgni á eiginleika moiré þau sömu. Í framtíðinni verða spunadalir einangrunarfasans rannsakaðir og nýtt ofurleiðandi áfangi rannsakað við lægra hitastig. Tilraunir verða sameinaðar fræðilegum rannsóknum til að skilja uppruna þessarar hegðunar.
Birtingartími: 8. október 2019