გრაფენის ზეგამტარობა უფრო მიმზიდველია! უახლესი აღმოჩენა: გრაფენში „ჯადოსნური კუთხის“ დიაპაზონი მოსალოდნელზე დიდია.

მორის ზოლებისა და ბრტყელი ქამრების ქცევამ მეცნიერებისა და კვანტური ფიზიკის მეცნიერებაში, რომელსაც „ჯადოსნური კუთხის“ დაგრეხილი ორშრიანი გრაფენი (TBLG) ეწოდება, მეცნიერების დიდი ინტერესი გამოიწვია, თუმცა ბევრი თვისება ცხარე დებატების საგანია. ჟურნალ „Science Progress“-ში გამოქვეყნებულ ახალ კვლევაში ემილიო კოლედომ და აშშ-სა და იაპონიის ფიზიკისა და მასალათმცოდნეობის დეპარტამენტის მეცნიერებმა დააკვირდნენ ზეგამტარობას და ანალოგიას დაგრეხილ ორშრიან გრაფენში. მოტის იზოლატორის მდგომარეობას აქვს დაახლოებით 0.93 გრადუსიანი დაგრეხილი კუთხე. ეს კუთხე 15%-ით ნაკლებია წინა კვლევაში გამოთვლილ „ჯადოსნური კუთხის“ კუთხეზე (1.1°). ეს კვლევა აჩვენებს, რომ დაგრეხილი ორშრიანი გრაფენის „ჯადოსნური კუთხის“ დიაპაზონი უფრო დიდია, ვიდრე ადრე იყო მოსალოდნელი.

ეს კვლევა უამრავ ახალ ინფორმაციას გვაწვდის კვანტურ ფიზიკაში გამოსაყენებლად დაგრეხილ ორშრიან გრაფენში ძლიერი კვანტური ფენომენების გაშიფვრისთვის. ფიზიკოსები „ტვისტრონიკას“ განსაზღვრავენ, როგორც მიმდებარე ვან დერ ვაალის ფენებს შორის ფარდობით დაგრეხილ კუთხეს, რათა გრაფენში მუარისა და ბრტყელი ზოლები წარმოიქმნას. ეს კონცეფცია გახდა ახალი და უნიკალური მეთოდი მოწყობილობის თვისებების მნიშვნელოვნად შეცვლისა და მორგებისთვის ორგანზომილებიან მასალებზე დაყრდნობით, დენის ნაკადის მისაღწევად. „ტვისტრონიკის“ შესანიშნავი ეფექტი ასახული იყო მკვლევარების პიონერულ ნაშრომში, რომელმაც აჩვენა, რომ როდესაც ორი ერთშრიანი გრაფენის ფენა ერთმანეთზეა დაწყობილი θ=1.1±0.1°-ის „ჯადოსნური კუთხით“, დაგრეხილი კუთხით, წარმოიქმნება ძალიან ბრტყელი ზოლი.

ამ კვლევაში, დაგრეხილ ორშრიან გრაფენში (TBLG), „ჯადოსნური კუთხის“ დროს სუპერგამტარი თვისებების მქონე პირველი მიკროზოლის (სტრუქტურული მახასიათებლის) იზოლაციური ფაზა ნახევრად შევსებული იყო. კვლევის ჯგუფმა დაადგინა, რომ ეს არის მოტის იზოლატორი (ზეგამტარი თვისებების მქონე იზოლატორი), რომელიც ავლენს ზეგამტარობას ოდნავ მაღალ და დაბალ დოპირების დონეზე. ფაზური დიაგრამა აჩვენებს მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარს ზეგამტარობის გარდამავალ ტემპერატურას (Tc) და ფერმის ტემპერატურას (Tf) შორის. ამ კვლევამ გამოიწვია დიდი ინტერესი და თეორიული დებატები გრაფენის ზოლის სტრუქტურაზე, ტოპოლოგიასა და დამატებით „ჯადოსნური კუთხის“ ნახევარგამტარულ სისტემებზე. თავდაპირველ თეორიულ ანგარიშთან შედარებით, ექსპერიმენტული კვლევა იშვიათია და ახლახან დაიწყო. ამ კვლევაში, ჯგუფმა ჩაატარა გადაცემის გაზომვები „ჯადოსნური კუთხის“ დაგრეხილ ორშრიან გრაფენზე, რაც აჩვენებს შესაბამის იზოლაციურ და ზეგამტარ მდგომარეობებს.

0.93 ± 0.01-ის ოდენობის მოულოდნელად დამახინჯებული კუთხე, რომელიც 15%-ით ნაკლებია დადგენილ „ჯადოსნურ კუთხეზე“, ასევე დღემდე დაფიქსირებული ყველაზე მცირეა და ზეგამტარ თვისებებს ავლენს. ეს შედეგები მიუთითებს, რომ ახალი კორელაციის მდგომარეობა შეიძლება გამოვლინდეს „ჯადოსნური კუთხის“ დაგრეხილ ორშრიან გრაფენში, პირველად „ჯადოსნურ კუთხეზე“ დაბლა, გრაფენის პირველი მიკროზოლის მიღმა. ამ „ჯადოსნური რქის“ დაგრეხილი ორშრიანი გრაფენის მოწყობილობების ასაგებად, გუნდმა გამოიყენა „გახევისა და დასტის“ მიდგომა. ექვსკუთხა ბორის ნიტრიდის (BN) ფენებს შორის სტრუქტურა კაფსულირებულია; ჰოლის ღეროს გეომეტრიის ნიმუშით, მრავალი მავთულით, რომლებიც დაკავშირებულია Cr/Au (ქრომი/ოქრო) კიდის კონტაქტებთან. მთელი „ჯადოსნური კუთხის“ დაგრეხილი ორშრიანი გრაფენის მოწყობილობა დამზადებულია უკანა კარიბჭედ გამოყენებული გრაფენის ფენის თავზე.

მეცნიერები იყენებენ სტანდარტულ მუდმივი (DC) და ცვლადი (AC) დენის დაბლოკვის ტექნიკას ტუმბოებიან HE4 და HE3 კრიოსტატებში მოწყობილობების გასაზომად. გუნდმა ჩაწერა მოწყობილობის გრძივ წინაღობას (Rxx) და გაფართოებულ კარიბჭის ძაბვას (VG) შორის დამოკიდებულება და გამოთვალა მაგნიტური ველი B 1.7K ტემპერატურაზე. მცირე ელექტრონ-ხვრელის ასიმეტრია დაფიქსირდა, როგორც „ჯადოსნური კუთხის“ დაგრეხილი ორშრიანი გრაფენის მოწყობილობის თანდაყოლილი თვისება. როგორც წინა ანგარიშებში აღინიშნა, გუნდმა ჩაწერა ეს შედეგები და დეტალურად აღწერა ანგარიშები, რომლებიც აქამდე ზეგამტარი იყო. დამახასიათებელი „ჯადოსნური კუთხე“ აგრევებს ორშრიანი გრაფენის მოწყობილობის მინიმალურ ბრუნვის კუთხეს. ლანდაუს ვენტილატორის დიაგრამის უფრო დეტალური შესწავლით, მკვლევარებმა რამდენიმე აღსანიშნავი მახასიათებელი მიაგნეს.

მაგალითად, პიკი ნახევრად შევსებისას და ლანდაუს დონის ორმაგი გადაგვარება შეესაბამება ადრე დაფიქსირებულ მომენტის მსგავს იზოლაციურ მდგომარეობებს. ჯგუფმა აჩვენა მიახლოებითი სპინური ველის SU(4) სიმეტრიის დარღვევა და ახალი კვაზი-ნაწილაკიანი ფერმის ზედაპირის ფორმირება. თუმცა, დეტალები უფრო დეტალურ შემოწმებას საჭიროებს. ასევე დაფიქსირდა ზეგამტარობის გამოჩენა, რამაც გაზარდა Rxx (გრძივი წინააღმდეგობა), წინა კვლევების მსგავსად. შემდეგ ჯგუფმა შეისწავლა ზეგამტარი ფაზის კრიტიკული ტემპერატურა (Tc). რადგან ამ ნიმუშში ზეგამტარების ოპტიმალური დოპირების მონაცემები არ იქნა მიღებული, მეცნიერებმა 0.5K-მდე კრიტიკული ტემპერატურა დაითვალეს. თუმცა, ეს მოწყობილობები არაეფექტური ხდება მანამ, სანამ ისინი ზეგამტარი მდგომარეობიდან მკაფიო მონაცემების მიღებას არ შეძლებენ. ზეგამტარი მდგომარეობის შემდგომი შესწავლისთვის, მკვლევრებმა გაზომეს მოწყობილობის ოთხტერმინალური ძაბვა-დენის (VI) მახასიათებლები სხვადასხვა მატარებლის სიმკვრივის დროს.

მიღებული წინაღობა აჩვენებს, რომ სუპერდენი შეინიშნება უფრო დიდ სიმკვრივის დიაპაზონში და აჩვენებს სუპერდენის ჩახშობას პარალელური მაგნიტური ველის გამოყენებისას. კვლევაში დაფიქსირებული ქცევის შესახებ ინფორმაციის მისაღებად, მკვლევრებმა გამოთვალეს „ჯადოსნური კუთხის“ დაგრეხილი ორშრიანი გრაფენის მოწყობილობის მოარის ზოლის სტრუქტურა ბისტრიცერ-მაკდონალდის მოდელისა და გაუმჯობესებული პარამეტრების გამოყენებით. „ჯადოსნური კუთხის“ კუთხის წინა გამოთვლასთან შედარებით, გამოთვლილი დაბალი ენერგიის მოარის ზოლი არ არის იზოლირებული მაღალი ენერგიის ზოლისგან. მიუხედავად იმისა, რომ მოწყობილობის დაგრეხილი კუთხე უფრო მცირეა, ვიდრე სხვაგან გამოთვლილი „ჯადოსნური კუთხის“ კუთხე, მოწყობილობას აქვს ფენომენი, რომელიც მჭიდრო კავშირშია წინა კვლევებთან (მორტის იზოლაცია და ზეგამტარობა), რაც ფიზიკოსებმა მოულოდნელ და შესაძლებლად მიიჩნიეს.

დიდი სიმკვრივის დროს ქცევის შემდგომი შეფასების შემდეგ (თითოეულ ენერგიაზე ხელმისაწვდომი მდგომარეობების რაოდენობა), მეცნიერების მიერ დაკვირვებული მახასიათებლები მიეწერება ახლად წარმოქმნილ ასოცირებულ იზოლაციურ მდგომარეობებს. მომავალში, იზოლაციის უცნაური მდგომარეობის გასაგებად და იმის დასადგენად, შეიძლება თუ არა მათი კლასიფიცირება კვანტურ სპინურ სითხეებად. ამ გზით, მეცნიერებმა დააკვირდნენ ზეგამტარობას მოქსის მსგავს იზოლაციურ მდგომარეობასთან ახლოს დაგრეხილ ორშრიან გრაფენის მოწყობილობაში მცირე დაგრეხილი კუთხით (0.93°). ეს კვლევა აჩვენებს, რომ ასეთ მცირე კუთხეებსა და მაღალ სიმკვრივეებზეც კი, ელექტრონული კორელაციის გავლენა მოარის თვისებებზე იგივეა. მომავალში, შესწავლილი იქნება იზოლაციური ფაზის სპინური ველები და ახალი ზეგამტარი ფაზა უფრო დაბალ ტემპერატურაზე. ექსპერიმენტული კვლევა გაერთიანდება თეორიულ ძალისხმევასთან, რათა გავიგოთ ამ ქცევის წარმოშობა.