ຄວາມສາມາດໃນການນຳໄຟຟ້າຂອງກຣາຟີນມີຄວາມໜ້າສົນໃຈຫຼາຍຂຶ້ນ! ການຄົ້ນພົບລ່າສຸດ: ຂອບເຂດຂອງ "ມຸມວິເສດ" ໃນກຣາຟີນແມ່ນໃຫຍ່ກວ່າທີ່ຄາດໄວ້

ພຶດຕິກຳຂອງເສັ້ນດ່າງ Mohr ແລະສາຍແອວແບນໃນວິທະຍາສາດວິທະຍາສາດ ແລະຟີຊິກຄວອນຕຳທີ່ເອີ້ນວ່າ "ມຸມມະຫັດສະຈັນ" graphene ຊັ້ນສອງບິດ (TBLG) ໄດ້ດຶງດູດຄວາມສົນໃຈຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຈາກນັກວິທະຍາສາດ, ເຖິງແມ່ນວ່າຄຸນສົມບັດຫຼາຍຢ່າງປະເຊີນກັບການໂຕ້ວາທີທີ່ຮ້ອນແຮງ. ໃນການສຶກສາໃໝ່ທີ່ຕີພິມໃນວາລະສານ Science Progress, Emilio Colledo ແລະນັກວິທະຍາສາດໃນພະແນກຟີຊິກ ແລະວິທະຍາສາດວັດສະດຸໃນສະຫະລັດ ແລະຍີ່ປຸ່ນໄດ້ສັງເກດເຫັນ superconductivity ແລະການປຽບທຽບໃນ graphene ຊັ້ນສອງບິດ. ສະຖານະ insulator Mott ມີມຸມບິດປະມານ 0.93 ອົງສາ. ມຸມນີ້ມີຂະໜາດນ້ອຍກວ່າ 15% ກ່ວາມຸມ "ມຸມມະຫັດສະຈັນ" (1.1°) ທີ່ຄິດໄລ່ໃນການສຶກສາກ່ອນໜ້ານີ້. ການສຶກສານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າລະດັບ "ມຸມມະຫັດສະຈັນ" ຂອງ graphene ຊັ້ນສອງບິດແມ່ນໃຫຍ່ກວ່າທີ່ຄາດໄວ້ກ່ອນໜ້ານີ້.

ການສຶກສານີ້ໃຫ້ຂໍ້ມູນໃໝ່ໆຫຼາຍຢ່າງສຳລັບການຖອດລະຫັດປະກົດການ quantum ທີ່ເຂັ້ມແຂງໃນ graphene bilayer ທີ່ບິດເບືອນ ສຳລັບການນຳໃຊ້ໃນຟີຊິກ quantum. ນັກຟີຊິກນິຍາມ “Twistronics” ວ່າເປັນມຸມບິດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງລະຫວ່າງຊັ້ນ van der Waals ທີ່ຢູ່ຕິດກັນເພື່ອຜະລິດແຖບ moiré ແລະແຖບຮາບພຽງໃນ graphene. ແນວຄວາມຄິດນີ້ໄດ້ກາຍເປັນວິທີການໃໝ່ ແລະ ເປັນເອກະລັກສຳລັບການປ່ຽນແປງ ແລະ ການປັບແຕ່ງຄຸນສົມບັດຂອງອຸປະກອນໂດຍອີງໃສ່ວັດສະດຸສອງມິຕິເພື່ອໃຫ້ບັນລຸກະແສໄຟຟ້າ. ຜົນກະທົບທີ່ໜ້າສັງເກດຂອງ “Twistronics” ໄດ້ຖືກຍົກຕົວຢ່າງໃນວຽກງານບຸກເບີກຂອງນັກຄົ້ນຄວ້າ, ໂດຍສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າເມື່ອສອງຊັ້ນ graphene ຊັ້ນດຽວຖືກວາງຊ້ອນກັນໃນມຸມບິດ “magic angle” ຂອງ θ=1.1±0.1°, ແຖບຮາບພຽງຫຼາຍຈະປາກົດຂຶ້ນ.

ໃນການສຶກສາຄັ້ງນີ້, ໃນ graphene ຊັ້ນສອງບິດ (TBLG), ໄລຍະການສນວນຂອງ microstrip ທຳອິດ (ລັກສະນະໂຄງສ້າງ) ຂອງ superlattice ທີ່ "ມຸມ magic" ແມ່ນເຄິ່ງເຕັມ. ທີມງານຄົ້ນຄວ້າໄດ້ກຳນົດວ່ານີ້ແມ່ນ insulator Mott (insulator ທີ່ມີຄຸນສົມບັດ superconducting) ທີ່ສະແດງຄວາມ superconductivity ໃນລະດັບ doping ທີ່ສູງກວ່າ ແລະ ຕ່ຳກວ່າເລັກນ້ອຍ. ແຜນວາດໄລຍະສະແດງໃຫ້ເຫັນ superconductor ອຸນຫະພູມສູງລະຫວ່າງອຸນຫະພູມການປ່ຽນແປງ superconducting (Tc) ແລະ ອຸນຫະພູມ Fermi (Tf). ການຄົ້ນຄວ້ານີ້ໄດ້ນຳໄປສູ່ຄວາມສົນໃຈ ແລະ ການໂຕ້ວາທີທາງທິດສະດີຢ່າງຫຼວງຫຼາຍກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງແຖບ graphene, topology ແລະ ລະບົບ semiconductor "ມຸມ magic" ເພີ່ມເຕີມ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບບົດລາຍງານທາງທິດສະດີຕົ້ນສະບັບ, ການຄົ້ນຄວ້າທົດລອງແມ່ນຫາຍາກ ແລະ ຫາກໍ່ເລີ່ມຕົ້ນ. ໃນການສຶກສານີ້, ທີມງານໄດ້ດຳເນີນການວັດແທກການສົ່ງຜ່ານໃນ graphene ຊັ້ນສອງບິດ "ມຸມ magic" ສະແດງໃຫ້ເຫັນສະຖານະພາບການສນວນ ແລະ superconducting ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ.

ມຸມບິດເບືອນທີ່ບໍ່ຄາດຄິດທີ່ 0.93 ± 0.01, ເຊິ່ງນ້ອຍກວ່າ "ມຸມມະຫັດສະຈັນ" ທີ່ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ 15%, ຍັງເປັນມຸມທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດທີ່ລາຍງານມາຮອດປະຈຸບັນ ແລະ ສະແດງຄຸນສົມບັດການນຳໄຟຟ້າຍິ່ງຍ່ອມ. ຜົນໄດ້ຮັບເຫຼົ່ານີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າສະຖານະສະຫະສຳພັນໃໝ່ສາມາດປາກົດຢູ່ໃນກຣາຟີນສອງຊັ້ນບິດ "ມຸມມະຫັດສະຈັນ", ຕ່ຳກວ່າ "ມຸມມະຫັດສະຈັນ" ຫຼັກ, ນອກເໜືອໄປຈາກແຖບໄມໂຄຣສະຕຣິບທຳອິດຂອງກຣາຟີນ. ເພື່ອສ້າງອຸປະກອນກຣາຟີນສອງຊັ້ນບິດ "ດັງມະຫັດສະຈັນ" ເຫຼົ່ານີ້, ທີມງານໄດ້ໃຊ້ວິທີການ "ຈີກ ແລະ ວາງຊ້ອນກັນ". ໂຄງສ້າງລະຫວ່າງຊັ້ນໂບຣອນໄນໄຕຣດ (BN) ຮູບຫົກຫຼ່ຽມຖືກຫຸ້ມຫໍ່; ມີຮູບແບບເປັນຮູບຊົງກົມ Hall rod ທີ່ມີສາຍຫຼາຍເສັ້ນເຊື່ອມຕໍ່ກັບຂອບຕິດຕໍ່ Cr/Au (ໂຄຣມຽມ/ຄຳ). ອຸປະກອນກຣາຟີນສອງຊັ້ນບິດ "ມຸມມະຫັດສະຈັນ" ທັງໝົດໄດ້ຖືກຜະລິດຢູ່ເທິງຊັ້ນກຣາຟີນທີ່ໃຊ້ເປັນປະຕູທາງຫຼັງ.

ນັກວິທະຍາສາດໃຊ້ເຕັກນິກການລັອກກະແສໄຟຟ້າໂດຍກົງ (DC) ແລະ ກະແສສະຫຼັບ (AC) ມາດຕະຖານເພື່ອວັດແທກອຸປະກອນໃນເຄື່ອງແຊ່ແຂງ HE4 ແລະ HE3 ທີ່ຖືກສູບ. ທີມງານໄດ້ບັນທຶກຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງຄວາມຕ້ານທານຕາມລວງຍາວຂອງອຸປະກອນ (Rxx) ແລະ ລະດັບແຮງດັນປະຕູທີ່ຂະຫຍາຍອອກ (VG) ແລະ ຄິດໄລ່ສະໜາມແມ່ເຫຼັກ B ທີ່ອຸນຫະພູມ 1.7K. ຄວາມບໍ່ສົມດຸນຂອງຮູເອເລັກຕຣອນຂະໜາດນ້ອຍໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນວ່າເປັນຄຸນສົມບັດທີ່ມີຢູ່ໃນອຸປະກອນກຣາຟີນສອງຊັ້ນບິດ "ມຸມມະຫັດສະຈັນ". ດັ່ງທີ່ສັງເກດເຫັນໃນບົດລາຍງານກ່ອນໜ້ານີ້, ທີມງານໄດ້ບັນທຶກຜົນໄດ້ຮັບເຫຼົ່ານີ້ ແລະ ລາຍລະອຽດບົດລາຍງານທີ່ມີການນຳໄຟຟ້າຊຸບເປີມາຮອດປະຈຸບັນ. "ມຸມມະຫັດສະຈັນ" ລັກສະນະຂອງ "ມຸມມະຫັດສະຈັນ" ບິດມຸມບິດຕໍ່າສຸດຂອງອຸປະກອນກຣາຟີນສອງຊັ້ນ. ດ້ວຍການກວດສອບຕາຕະລາງພັດລົມ Landau ຢ່າງໃກ້ຊິດ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ຮັບຄຸນສົມບັດທີ່ໂດດເດັ່ນບາງຢ່າງ.

ຕົວຢ່າງ, ຈຸດສູງສຸດທີ່ເຄິ່ງໜຶ່ງຂອງການເຕີມເຕັມ ແລະ ຄວາມເສື່ອມໂຊມສອງເທົ່າຂອງລະດັບ Landau ແມ່ນສອດຄ່ອງກັບສະພາບການສນວນກັນຄວາມຮ້ອນຄ້າຍຄືໂມເມັນທີ່ສັງເກດເຫັນກ່ອນໜ້ານີ້. ທີມງານໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການແຕກແຍກໃນຄວາມສົມມາດຂອງຮ່ອມພູໝຸນປະມານ SU(4) ແລະ ການສ້າງໜ້າດິນ Fermi ທີ່ເປັນອະນຸພາກເຄິ່ງໜຶ່ງໃໝ່. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ລາຍລະອຽດຕ້ອງການການກວດກາທີ່ລະອຽດກວ່າ. ຮູບລັກສະນະຂອງຄວາມເປັນຕົວນຳໄຟຟ້າຍິ່ງຂຶ້ນກໍ່ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນ, ເຊິ່ງເພີ່ມ Rxx (ຄວາມຕ້ານທານຕາມລວງຍາວ), ຄ້າຍຄືກັບການສຶກສາກ່ອນໜ້ານີ້. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ທີມງານໄດ້ກວດສອບອຸນຫະພູມວິກິດ (Tc) ຂອງໄລຍະຄວາມເປັນຕົວນຳໄຟຟ້າຍິ່ງຂຶ້ນ. ເນື່ອງຈາກບໍ່ມີຂໍ້ມູນທີ່ໄດ້ຮັບສຳລັບການເສີມທີ່ດີທີ່ສຸດຂອງຕົວນຳໄຟຟ້າຍິ່ງຂຶ້ນໃນຕົວຢ່າງນີ້, ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ສົມມຸດວ່າອຸນຫະພູມວິກິດສູງເຖິງ 0.5K. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ຈະບໍ່ມີປະສິດທິພາບຈົນກວ່າພວກມັນຈະສາມາດໄດ້ຮັບຂໍ້ມູນທີ່ຊັດເຈນຈາກສະຖານະການເປັນຕົວນຳໄຟຟ້າຍິ່ງຂຶ້ນ. ເພື່ອສືບສວນສະຖານະການເປັນຕົວນຳໄຟຟ້າຍິ່ງຂຶ້ນຕື່ມອີກ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ວັດແທກຄຸນລັກສະນະຂອງແຮງດັນ-ກະແສໄຟຟ້າສີ່ຂົ້ວ (VI) ຂອງອຸປະກອນທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພາຫະນະທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ຄວາມຕ້ານທານທີ່ໄດ້ຮັບສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າກະແສໄຟຟ້າຊຸບເປີຖືກສັງເກດເຫັນໃນຊ່ວງຄວາມໜາແໜ້ນທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ ແລະ ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການສະກັດກັ້ນກະແສໄຟຟ້າຊຸບເປີເມື່ອໃຊ້ສະໜາມແມ່ເຫຼັກຂະໜານ. ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບພຶດຕິກຳທີ່ສັງເກດເຫັນໃນການສຶກສາ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ຄິດໄລ່ໂຄງສ້າງແຖບ Moir ຂອງອຸປະກອນ graphene ສອງຊັ້ນບິດ “Magic Angle” ໂດຍໃຊ້ຮູບແບບ Bistritzer-MacDonald ແລະ ພາລາມິເຕີທີ່ປັບປຸງໃຫ້ດີຂຶ້ນ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບການຄິດໄລ່ມຸມ “Magic Angle” ກ່ອນໜ້ານີ້, ແຖບ Moire ພະລັງງານຕ່ຳທີ່ຄິດໄລ່ໄດ້ບໍ່ໄດ້ຖືກແຍກອອກຈາກແຖບພະລັງງານສູງ. ເຖິງແມ່ນວ່າມຸມບິດຂອງອຸປະກອນຈະນ້ອຍກວ່າມຸມ “magic angle” ທີ່ຄິດໄລ່ຢູ່ບ່ອນອື່ນ, ອຸປະກອນດັ່ງກ່າວມີປະກົດການທີ່ກ່ຽວຂ້ອງຢ່າງແຂງແຮງກັບການສຶກສາກ່ອນໜ້ານີ້ (ການສນວນກັນຄວາມຮ້ອນຂອງມໍເຕີ ແລະ ການນຳໄຟຟ້າຊຸບເປີ), ເຊິ່ງນັກຟີຊິກພົບວ່າບໍ່ຄາດຄິດ ແລະ ເປັນໄປໄດ້.

ຫຼັງຈາກການປະເມີນພຶດຕິກຳຕື່ມອີກໃນລະດັບຄວາມໜາແໜ້ນສູງ (ຈຳນວນສະຖານະທີ່ມີຢູ່ໃນແຕ່ລະພະລັງງານ), ລັກສະນະທີ່ນັກວິທະຍາສາດສັງເກດເຫັນແມ່ນຍ້ອນສະຖານະສນວນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງທີ່ເກີດຂຶ້ນໃໝ່. ໃນອະນາຄົດ, ການສຶກສາລະອຽດເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບຄວາມໜາແໜ້ນຂອງສະຖານະ (DOS) ຈະຖືກດຳເນີນເພື່ອເຂົ້າໃຈສະຖານະທີ່ແປກຂອງການສນວນ ແລະ ເພື່ອກຳນົດວ່າພວກມັນສາມາດຖືກຈັດປະເພດເປັນຂອງແຫຼວໝຸນ quantum ໄດ້ຫຼືບໍ່. ດ້ວຍວິທີນີ້, ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ສັງເກດເຫັນຄວາມເປັນຕົວນຳໄຟຟ້າໃກ້ກັບສະຖານະສນວນຄ້າຍຄື Mox ໃນອຸປະກອນ graphene ສອງຊັ້ນບິດທີ່ມີມຸມບິດນ້ອຍ (0.93°). ການສຶກສານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າເຖິງແມ່ນວ່າຢູ່ໃນມຸມນ້ອຍ ແລະ ຄວາມໜາແໜ້ນສູງດັ່ງກ່າວ, ຜົນກະທົບຂອງສະຫະສຳພັນຂອງເອເລັກຕຣອນຕໍ່ຄຸນສົມບັດຂອງ moiré ແມ່ນຄືກັນ. ໃນອະນາຄົດ, ຮ່ອມພູສະປິນຂອງໄລຍະສນວນຈະຖືກສຶກສາ, ແລະ ໄລຍະສນວນໄຟຟ້າໃໝ່ຈະຖືກສຶກສາຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມຕ່ຳກວ່າ. ການຄົ້ນຄວ້າທົດລອງຈະຖືກລວມເຂົ້າກັບຄວາມພະຍາຍາມທາງທິດສະດີເພື່ອເຂົ້າໃຈຕົ້ນກຳເນີດຂອງພຶດຕິກຳນີ້.