សមត្ថភាព​ដឹកនាំ​ដ៏​អស្ចារ្យ​របស់​ក្រាហ្វីន​កាន់តែ​ទាក់ទាញ! ការរកឃើញចុងក្រោយបំផុត៖ ជួរនៃ "មុំវេទមន្ត" នៅក្នុងក្រាហ្វីនគឺធំជាងការរំពឹងទុក

ឥរិយាបថរបស់ឆ្នូត Mohr និងខ្សែក្រវាត់សំប៉ែតនៅក្នុងវិទ្យាសាស្ត្រវិទ្យាសាស្ត្រ និងរូបវិទ្យាកង់ទិច ដែលមានឈ្មោះថា "Magic Angle" ក្រាហ្វីនស្រទាប់ពីររមួល (TBLG) បានទាក់ទាញចំណាប់អារម្មណ៍យ៉ាងខ្លាំងពីអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រ ទោះបីជាលក្ខណៈសម្បត្តិជាច្រើនប្រឈមមុខនឹងការជជែកវែកញែកយ៉ាងក្តៅគគុកក៏ដោយ។ នៅក្នុងការសិក្សាថ្មីមួយដែលបានចេញផ្សាយនៅក្នុងទិនានុប្បវត្តិ Science Progress លោក Emilio Colledo និងអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រនៅក្នុងនាយកដ្ឋានរូបវិទ្យា និងវិទ្យាសាស្ត្រសម្ភារៈនៅសហរដ្ឋអាមេរិក និងជប៉ុន បានសង្កេតឃើញភាពដឹកនាំលើស និងភាពស្រដៀងគ្នានៅក្នុងក្រាហ្វីនស្រទាប់ពីររមួល។ ស្ថានភាពអ៊ីសូឡង់ Mott មានមុំរមួលប្រហែល 0.93 ដឺក្រេ។ មុំនេះមានទំហំតូចជាង 15% ជាងមុំ "magic angle" (1.1°) ដែលបានគណនានៅក្នុងការសិក្សាមុន។ ការសិក្សានេះបង្ហាញថាជួរ "magic angle" នៃក្រាហ្វីនស្រទាប់ពីររមួលគឺធំជាងការរំពឹងទុកពីមុន។

ការសិក្សានេះផ្តល់នូវព័ត៌មានថ្មីៗជាច្រើនសម្រាប់ការបកស្រាយបាតុភូតកង់ទិចដ៏រឹងមាំនៅក្នុងក្រាហ្វីនស្រទាប់ពីរដែលរមួលសម្រាប់ការអនុវត្តក្នុងរូបវិទ្យាកង់ទិច។ អ្នករូបវិទ្យាកំណត់ "Twistronics" ថាជាមុំរមួលដែលទាក់ទងគ្នារវាងស្រទាប់ van der Waals ដែលនៅជាប់គ្នាដើម្បីបង្កើតជាខ្សែ moiré និងខ្សែរាបស្មើនៅក្នុងក្រាហ្វីន។ គោលគំនិតនេះបានក្លាយជាវិធីសាស្ត្រថ្មី និងប្លែកសម្រាប់ការផ្លាស់ប្តូរ និងប្ដូរតាមបំណងលក្ខណៈសម្បត្តិឧបករណ៍យ៉ាងសំខាន់ដោយផ្អែកលើសម្ភារៈពីរវិមាត្រដើម្បីសម្រេចបាននូវលំហូរចរន្ត។ ឥទ្ធិពលគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃ "Twistronics" ត្រូវបានបង្ហាញជាឧទាហរណ៍នៅក្នុងការងារត្រួសត្រាយផ្លូវរបស់អ្នកស្រាវជ្រាវ ដោយបង្ហាញថានៅពេលដែលស្រទាប់ក្រាហ្វីនស្រទាប់តែមួយពីរត្រូវបានដាក់ជង់គ្នានៅមុំរមួល "មុំវេទមន្ត" នៃ θ=1.1±0.1° ខ្សែរាបស្មើខ្លាំងមួយលេចឡើង។

នៅក្នុងការសិក្សានេះ នៅក្នុងក្រាហ្វីនស្រទាប់ពីររមួល (TBLG) ដំណាក់កាលអ៊ីសូឡង់នៃមីក្រូស្ទ្រីបដំបូង (លក្ខណៈពិសេសរចនាសម្ព័ន្ធ) នៃស្រទាប់ពីររមួលនៅ "មុំវេទមន្ត" ត្រូវបានបំពេញពាក់កណ្តាល។ ក្រុមស្រាវជ្រាវបានកំណត់ថានេះគឺជាអ៊ីសូឡង់ Mott (អ៊ីសូឡង់ដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិ superconducting) ដែលបង្ហាញពី superconductivity នៅកម្រិតខ្ពស់ និងទាបជាងបន្តិច។ ដ្យាក្រាមដំណាក់កាលបង្ហាញពី superconductor សីតុណ្ហភាពខ្ពស់រវាងសីតុណ្ហភាពអន្តរកាល superconducting (Tc) និងសីតុណ្ហភាព Fermi (Tf)។ ការស្រាវជ្រាវនេះបាននាំឱ្យមានការចាប់អារម្មណ៍យ៉ាងខ្លាំង និងការជជែកវែកញែកខាងទ្រឹស្តីលើរចនាសម្ព័ន្ធក្រុមក្រាហ្វីន តូប៉ូឡូស៊ី និងប្រព័ន្ធ semiconductor "មុំវេទមន្ត" បន្ថែម។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងរបាយការណ៍ទ្រឹស្តីដើម ការស្រាវជ្រាវពិសោធន៍គឺកម្រណាស់ ហើយទើបតែចាប់ផ្តើម។ នៅក្នុងការសិក្សានេះ ក្រុមបានធ្វើការវាស់វែងការបញ្ជូនលើក្រាហ្វីនស្រទាប់ពីររមួល "មុំវេទមន្ត" ដែលបង្ហាញពីស្ថានភាពអ៊ីសូឡង់ និង superconducting ដែលពាក់ព័ន្ធ។

មុំបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយដែលមិននឹកស្មានដល់ចំនួន 0.93 ± 0.01 ដែលតូចជាង 15% នៃ "មុំវេទមន្ត" ដែលបានបង្កើតឡើង ក៏ជាមុំតូចបំផុតដែលបានរាយការណ៍រហូតមកដល់បច្ចុប្បន្ន និងបង្ហាញពីលក្ខណៈសម្បត្តិនៃការដឹកនាំលើស។ លទ្ធផលទាំងនេះបង្ហាញថាស្ថានភាពសហសម្ព័ន្ធថ្មីអាចលេចឡើងនៅក្នុងក្រាហ្វីនស្រទាប់ពីររមួល "មុំវេទមន្ត" ទាបជាង "មុំវេទមន្ត" បឋម លើសពីមីក្រូស្ទ្រីបដំបូងនៃក្រាហ្វីន។ ដើម្បីបង្កើតឧបករណ៍ក្រាហ្វីនស្រទាប់ពីររមួល "ស្នែងវេទមន្ត" ទាំងនេះ ក្រុមបានប្រើវិធីសាស្រ្ត "ហែក និងដាក់ជង់"។ រចនាសម្ព័ន្ធរវាងស្រទាប់នីទ្រីតបូរ៉ុនឆកោន (BN) ត្រូវបានរុំព័ទ្ធ; លំនាំទៅជាធរណីមាត្រដំបង Hall ជាមួយនឹងខ្សែច្រើនភ្ជាប់ទៅនឹងទំនាក់ទំនងគែម Cr/Au (ក្រូមីញ៉ូម/មាស)។ ឧបករណ៍ក្រាហ្វីនស្រទាប់ពីររមួល "មុំវេទមន្ត" ទាំងមូលត្រូវបានផលិតនៅលើកំពូលនៃស្រទាប់ក្រាហ្វីនដែលប្រើជាច្រកខាងក្រោយ។

អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រប្រើប្រាស់បច្ចេកទេសចាក់សោចរន្តត្រង់ស្តង់ដារ (DC) និងចរន្តឆ្លាស់ (AC) ដើម្បីវាស់ឧបករណ៍នៅក្នុងឧបករណ៍ត្រជាក់ HE4 និង HE3 ដែលបានបូម។ ក្រុមការងារបានកត់ត្រាទំនាក់ទំនងរវាងភាពធន់បណ្តោយ (Rxx) របស់ឧបករណ៍ និងជួរវ៉ុលច្រកទ្វារដែលបានពង្រីក (VG) ហើយបានគណនាដែនម៉ាញេទិក B នៅសីតុណ្ហភាព 1.7K។ ភាពមិនស៊ីមេទ្រីនៃរន្ធអេឡិចត្រុងតូចត្រូវបានគេសង្កេតឃើញថាជាលក្ខណៈសម្បត្តិដែលមាននៅក្នុងឧបករណ៍ក្រាហ្វីនពីរស្រទាប់ដែលរមួល "មុំវេទមន្ត"។ ដូចដែលបានសង្កេតឃើញនៅក្នុងរបាយការណ៍មុនៗ ក្រុមការងារបានកត់ត្រាលទ្ធផលទាំងនេះ និងបានរៀបរាប់លម្អិតអំពីរបាយការណ៍ដែលបានដំណើរការលើសរហូតមកដល់ពេលនេះ។ លក្ខណៈ "មុំវេទមន្ត" រមួលមុំរមួលអប្បបរមានៃឧបករណ៍ក្រាហ្វីនពីរស្រទាប់។ ជាមួយនឹងការពិនិត្យឱ្យកាន់តែច្បាស់អំពីតារាងកង្ហារ Landau អ្នកស្រាវជ្រាវទទួលបានលក្ខណៈពិសេសគួរឱ្យកត់សម្គាល់មួយចំនួន។

ឧទាហរណ៍ កំពូលនៅពាក់កណ្តាលបំពេញ និងការធ្លាក់ចុះទ្វេដងនៃកម្រិត Landau គឺស្របនឹងស្ថានភាពអ៊ីសូឡង់ដូច Moment ដែលសង្កេតឃើញពីមុន។ ក្រុមនេះបានបង្ហាញពីការបំបែកនៅក្នុងស៊ីមេទ្រីនៃជ្រលងភ្នំបង្វិលប្រហាក់ប្រហែល SU(4) និងការបង្កើតផ្ទៃ Fermi រាងដូចភាគល្អិតថ្មី។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ព័ត៌មានលម្អិតតម្រូវឱ្យមានការត្រួតពិនិត្យលម្អិតបន្ថែមទៀត។ រូបរាងនៃ superconductivity ក៏ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញផងដែរ ដែលបង្កើន Rxx (ភាពធន់នឹងបណ្តោយ) ស្រដៀងគ្នាទៅនឹងការសិក្សាពីមុន។ បន្ទាប់មកក្រុមបានពិនិត្យមើលសីតុណ្ហភាពសំខាន់ (Tc) នៃដំណាក់កាល superconducting។ ដោយសារតែមិនមានទិន្នន័យណាមួយត្រូវបានទទួលសម្រាប់ការដូបល្អបំផុតនៃ superconductors នៅក្នុងគំរូនេះ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្របានសន្មតថាសីតុណ្ហភាពសំខាន់រហូតដល់ 0.5K។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ឧបករណ៍ទាំងនេះក្លាយទៅជាគ្មានប្រសិទ្ធភាពរហូតដល់ពួកគេអាចទទួលបានទិន្នន័យច្បាស់លាស់ពីស្ថានភាព superconducting។ ដើម្បីស៊ើបអង្កេតបន្ថែមទៀតអំពីស្ថានភាព superconducting អ្នកស្រាវជ្រាវបានវាស់លក្ខណៈវ៉ុល-ចរន្ត (VI) បួនស្ថានីយនៃឧបករណ៍នៅដង់ស៊ីតេផ្ទុកផ្សេងៗគ្នា។

ភាពធន់ដែលទទួលបានបង្ហាញថា ចរន្តអគ្គិសនីខ្លាំងត្រូវបានគេសង្កេតឃើញលើជួរដង់ស៊ីតេធំជាង និងបង្ហាញពីការបង្ក្រាបចរន្តអគ្គិសនីខ្លាំងនៅពេលដែលដែនម៉ាញេទិកស្របគ្នាត្រូវបានអនុវត្ត។ ដើម្បីទទួលបានការយល់ដឹងអំពីឥរិយាបថដែលសង្កេតឃើញនៅក្នុងការសិក្សានេះ អ្នកស្រាវជ្រាវបានគណនារចនាសម្ព័ន្ធក្រុម Moir នៃឧបករណ៍ក្រាហ្វីនពីរស្រទាប់រមួល "Magic Angle" ដោយប្រើគំរូ Bistritzer-MacDonald និងប៉ារ៉ាម៉ែត្រដែលប្រសើរឡើង។ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងការគណនាមុននៃមុំ "Magic Angle" ក្រុម Moire ថាមពលទាបដែលបានគណនាមិនត្រូវបានញែកចេញពីក្រុមថាមពលខ្ពស់នោះទេ។ ទោះបីជាមុំរមួលរបស់ឧបករណ៍មានទំហំតូចជាងមុំ "magic angle" ដែលបានគណនានៅកន្លែងផ្សេងទៀតក៏ដោយ ឧបករណ៍នេះមានបាតុភូតមួយដែលទាក់ទងយ៉ាងខ្លាំងទៅនឹងការសិក្សាពីមុន (Mort insulation and superconductivity) ដែលអ្នករូបវិទ្យាបានរកឃើញថាវាមិននឹកស្មានដល់ និងអាចធ្វើទៅបាន។

បន្ទាប់ពីការវាយតម្លៃបន្ថែមទៀតអំពីឥរិយាបថនៅដង់ស៊ីតេខ្ពស់ (ចំនួនស្ថានភាពដែលមានលើថាមពលនីមួយៗ) លក្ខណៈដែលសង្កេតឃើញដោយអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រត្រូវបានសន្មតថាជាស្ថានភាពអ៊ីសូឡង់ដែលទើបនឹងលេចចេញថ្មីៗ។ នៅពេលអនាគត ការសិក្សាលម្អិតបន្ថែមទៀតអំពីដង់ស៊ីតេនៃស្ថានភាព (DOS) នឹងត្រូវបានធ្វើឡើងដើម្បីយល់ពីស្ថានភាពចម្លែកនៃអ៊ីសូឡង់ និងដើម្បីកំណត់ថាតើវាអាចត្រូវបានចាត់ថ្នាក់ជាសារធាតុរាវវិលកង់ទិចឬអត់។ តាមរបៀបនេះ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្របានសង្កេតឃើញភាពដឹកនាំខ្ពស់នៅជិតស្ថានភាពអ៊ីសូឡង់ដូច Mox នៅក្នុងឧបករណ៍ក្រាហ្វីនពីរស្រទាប់រមួលដែលមានមុំរមួលតូច (0.93°)។ ការសិក្សានេះបង្ហាញថា សូម្បីតែនៅមុំតូច និងដង់ស៊ីតេខ្ពស់បែបនេះក៏ដោយ ឥទ្ធិពលនៃទំនាក់ទំនងអេឡិចត្រុងលើលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ម៉ូរ៉េគឺដូចគ្នា។ នៅពេលអនាគត ជ្រលងភ្នំវិលនៃដំណាក់កាលអ៊ីសូឡង់នឹងត្រូវបានសិក្សា ហើយដំណាក់កាលដឹកនាំខ្ពស់ថ្មីនឹងត្រូវបានសិក្សានៅសីតុណ្ហភាពទាបជាង។ ការស្រាវជ្រាវពិសោធន៍នឹងត្រូវបានផ្សំជាមួយនឹងកិច្ចខិតខំប្រឹងប្រែងខាងទ្រឹស្តីដើម្បីយល់ពីប្រភពដើមនៃឥរិយាបថនេះ។