Мор жолақтары мен жалпақ белдіктерінің ғылым мен кванттық физика ғылымындағы «Сиқырлы бұрыш» деп аталатын бұралған қос қабатты графен (TBLG) әрекеті ғалымдардың үлкен қызығушылығын тудырды, дегенмен көптеген қасиеттері қызу пікірталас тудыруда. Science Progress журналында жарияланған жаңа зерттеуде Эмилио Колледо және Америка Құрама Штаттары мен Жапонияның Физика және материалтану кафедрасының ғалымдары бұралған қос қабатты графендегі асқын өткізгіштік пен аналогияны байқады. Мотт оқшаулағыш күйінің бұралу бұрышы шамамен 0,93 градус. Бұл бұрыш алдыңғы зерттеуде есептелген «сиқырлы бұрыш» бұрышынан (1,1°) 15%-ға аз. Бұл зерттеу бұралған қос қабатты графеннің «сиқырлы бұрыш» диапазоны бұрын күтілгеннен үлкен екенін көрсетеді.
Бұл зерттеу кванттық физикада қолдану үшін бұралған қос қабатты графендегі күшті кванттық құбылыстарды шешуге арналған көптеген жаңа ақпарат береді. Физиктер «Твистрониканы» графендегі муар және жалпақ жолақтарды алу үшін көршілес ван-дер-Ваальс қабаттары арасындағы салыстырмалы бұралу бұрышы ретінде анықтайды. Бұл тұжырымдама ток ағынына қол жеткізу үшін екі өлшемді материалдарға негізделген құрылғы қасиеттерін айтарлықтай өзгерту және теңшеу үшін жаңа және бірегей әдіске айналды. «Твистрониканың» таңғажайып әсері зерттеушілердің алғашқы жұмыстарында көрініс тапты, ол екі бір қабатты графен қабатын θ=1,1±0,1° «сиқырлы бұрыш» бұралу бұрышымен қабаттастырғанда өте жалпақ жолақ пайда болатынын көрсетті.
Бұл зерттеуде бұралған қос қабатты графенде (TBLG) «сиқырлы бұрыштағы» супертордың бірінші микрожолағының (құрылымдық ерекшелігі) оқшаулағыш фазасы жартылай толтырылған. Зерттеу тобы бұл сәл жоғары және төмен легирлеу деңгейлерінде асқын өткізгіштікті көрсететін Мотт оқшаулағышы (асқын өткізгіштік қасиеттері бар оқшаулағыш) екенін анықтады. Фазалық диаграмма асқын өткізгіштік өтпелі температура (Tc) мен Ферми температурасы (Tf) арасындағы жоғары температуралы асқын өткізгішті көрсетеді. Бұл зерттеу графен жолағының құрылымы, топологиясы және қосымша «Сиқырлы бұрыш» жартылай өткізгіш жүйелері бойынша үлкен қызығушылық пен теориялық пікірталас тудырды. Бастапқы теориялық есеппен салыстырғанда, эксперименттік зерттеулер сирек кездеседі және жақында басталды. Бұл зерттеуде топ тиісті оқшаулағыш және асқын өткізгіш күйлерді көрсететін «сиқырлы бұрыш» бұралған қос қабатты графенде беріліс өлшемдерін жүргізді.
Күтпеген жерден бұрмаланған 0,93 ± 0,01 бұрышы, бұл белгіленген «Сиқырлы бұрыштан» 15%-ға кіші, сонымен қатар бүгінгі күнге дейін хабарланған ең кіші бұрыш болып табылады және асқын өткізгіштік қасиеттерін көрсетеді. Бұл нәтижелер жаңа корреляция күйінің «Сиқырлы бұрыш» бұралған қос қабатты графенде, графеннің бірінші микрожолағынан тыс, бастапқы «сиқырлы бұрыштан» төмен пайда болуы мүмкін екенін көрсетеді. Бұл «сиқырлы мүйіз» бұралған қос қабатты графен құрылғыларын жасау үшін топ «жыртып, қабаттастыру» тәсілін қолданды. Алты қырлы бор нитриді (BN) қабаттары арасындағы құрылым капсулаланған; Cr/Au (хром/алтын) шеткі контактілеріне қосылған бірнеше сымдармен Холл шыбық геометриясына өрнектелген. «Сиқырлы бұрыш» бұралған қос қабатты графен құрылғысының барлығы артқы қақпа ретінде пайдаланылған графен қабатының үстіне жасалған.
Ғалымдар айдалатын HE4 және HE3 криостаттарындағы құрылғыларды өлшеу үшін стандартты тұрақты ток (ТТ) және айнымалы ток (АТ) құлыптау әдістерін пайдаланады. Топ құрылғының бойлық кедергісі (Rxx) мен ұзартылған қақпа кернеуі (VG) диапазоны арасындағы байланысты жазып, 1,7 К температурадағы магнит өрісі В-ны есептеді. Кішкентай электронды-тесіктің асимметриясы «Сиқырлы бұрыш» бұралған қос қабатты графен құрылғысының ажырамас қасиеті екені байқалды. Алдыңғы есептерде байқалғандай, топ бұл нәтижелерді жазып, осы уақытқа дейін асқын өткізгіштікке ие болған есептерді егжей-тегжейлі сипаттады. «Сиқырлы бұрыш» сипаттамасы қос қабатты графен құрылғысының минималды бұралу бұрышын бұрайды. Ландау желдеткішінің диаграммасын мұқият зерттей отырып, зерттеушілер кейбір маңызды ерекшеліктерге қол жеткізді.
Мысалы, жартылай толтырылған кездегі шың және Ландау деңгейінің екі еселенген дегенерациясы бұрын байқалған Момент тәрізді оқшаулау күйлерімен сәйкес келеді. Топ шамамен спиндік алқап SU(4) симметриясының бұзылуын және жаңа квазибөлшек Ферми бетінің пайда болуын көрсетті. Дегенмен, бөлшектер егжей-тегжейлі тексеруді қажет етеді. Алдыңғы зерттеулерге ұқсас, Rxx (бойлық кедергі) арттыратын асқын өткізгіштіктің пайда болуы да байқалды. Содан кейін топ асқын өткізгіш фазаның критикалық температурасын (Tc) зерттеді. Бұл үлгідегі асқын өткізгіштерді оңтайлы легирлеу үшін деректер алынбағандықтан, ғалымдар критикалық температураны 0,5 К дейін деп есептеді. Дегенмен, бұл құрылғылар асқын өткізгіштік күйден анық деректер ала алғанға дейін тиімсіз болады. Асқын өткізгіштік күйін одан әрі зерттеу үшін зерттеушілер құрылғының әртүрлі тасымалдаушы тығыздықтарындағы төрт терминалды кернеу-ток (VI) сипаттамаларын өлшеді.
Алынған кедергі аса жоғары токтың тығыздық диапазонында байқалатынын және параллель магнит өрісі қолданылған кезде аса жоғары токтың басылатынын көрсетеді. Зерттеуде байқалған мінез-құлықты түсіну үшін зерттеушілер Бистрицер-Макдональд моделін және жақсартылған параметрлерді пайдаланып, «Сиқырлы бұрыш» бұралған екі қабатты графен құрылғысының муар жолағының құрылымын есептеді. «Сиқырлы бұрыш» бұрышының алдыңғы есептеуімен салыстырғанда, есептелген төмен энергиялы муар жолағы жоғары энергиялы жолақтан оқшауланбаған. Құрылғының бұралу бұрышы басқа жерде есептелген «сиқырлы бұрыш» бұрышынан кішірек болса да, құрылғыда физиктер күтпеген және мүмкін деп тапқан алдыңғы зерттеулермен тығыз байланысты құбылыс бар (Морт оқшаулауы және асқын өткізгіштік).
Үлкен тығыздықтағы (әрбір энергиядағы қолжетімді күйлер саны) мінез-құлықты одан әрі бағалағаннан кейін, ғалымдар байқаған сипаттамалар жаңадан пайда болған байланысты оқшаулау күйлеріне жатқызылады. Болашақта оқшаулаудың тақ күйін түсіну және оларды кванттық спиндік сұйықтықтар ретінде жіктеуге болатынын анықтау үшін күй тығыздығының (DOS) егжей-тегжейлі зерттеуі жүргізіледі. Осылайша, ғалымдар бұралу бұрышы аз (0,93°) бұралған қос қабатты графен құрылғысында Мокс тәрізді оқшаулау күйінің жанында асқын өткізгіштікті байқады. Бұл зерттеу тіпті мұндай кіші бұрыштар мен жоғары тығыздықта да электрон корреляциясының муардың қасиеттеріне әсері бірдей екенін көрсетеді. Болашақта оқшаулағыш фазаның спиндік алқаптары зерттеледі, ал төменгі температурада жаңа асқын өткізгіш фаза зерттеледі. Бұл мінез-құлықтың шығу тегін түсіну үшін эксперименттік зерттеулер теориялық күш-жігермен біріктіріледі.
Жарияланған уақыты: 2019 жылғы 8 қазан