Mokslo ir kvantinės fizikos moksle, vadinamame „magiškojo kampo“ susuktu dvisluoksniu grafenu (TBLG), Mohro juostų ir plokščiųjų juostų elgsena sulaukė didelio mokslininkų susidomėjimo, nors daugelis savybių yra karštai diskutuojamos. Naujame žurnale „Science Progress“ paskelbtame tyrime Emilio Colledo ir Fizikos ir medžiagų mokslo katedros mokslininkai Jungtinėse Valstijose bei Japonijoje pastebėjo superlaidumą ir analogiją susuktame dvisluoksniame grafene. Moto izoliatoriaus būsenos susukimo kampas yra apie 0,93 laipsnio. Šis kampas yra 15 % mažesnis nei ankstesniame tyrime apskaičiuotas „magiškojo kampo“ kampas (1,1°). Šis tyrimas rodo, kad susukto dvisluoksnio grafeno „magiškojo kampo“ diapazonas yra didesnis nei manyta anksčiau.
Šis tyrimas pateikia daug naujos informacijos, padedančios iššifruoti stiprius kvantinius reiškinius susuktame dvisluoksniame grafene, siekiant jį pritaikyti kvantinėje fizikoje. Fizikai „twistronics“ apibrėžia kaip santykinį sukimo kampą tarp gretimų van der Valso sluoksnių, kad grafene susidarytų muaro efektas ir plokščios juostos. Ši koncepcija tapo nauju ir unikaliu metodu, leidžiančiu reikšmingai keisti ir pritaikyti įrenginių savybes, pagrįstas dvimatėmis medžiagomis, siekiant srovės tekėjimo. Nuostabus „twistronics“ efektas buvo iliustruotas novatoriškame tyrėjų darbe, parodant, kad kai du vieno sluoksnio grafeno sluoksniai sukraunami „magišku kampu“ θ = 1,1 ± 0,1° sukimo kampu, atsiranda labai plokščia juosta.
Šiame tyrime, naudojant susuktą dvisluoksnį grafeną (TBLG), pirmosios supergardelės mikrojuostelės (struktūrinės ypatybės) izoliacinė fazė ties „magiškuoju kampu“ buvo pusiau užpildyta. Tyrėjų komanda nustatė, kad tai yra Mott izoliatorius (izoliatorius, turintis superlaidžių savybių), kuris pasižymi superlaidumu esant šiek tiek didesniam ir mažesniam legiravimo lygiui. Fazių diagrama rodo aukštos temperatūros superlaidininką tarp superlaidumo virsmo temperatūros (Tc) ir Fermio temperatūros (Tf). Šis tyrimas sukėlė didelį susidomėjimą ir teorines diskusijas apie grafeno juostos struktūrą, topologiją ir papildomas „magiškojo kampo“ puslaidininkines sistemas. Palyginti su pradine teorine ataskaita, eksperimentiniai tyrimai yra reti ir tik pradėti. Šiame tyrime komanda atliko „magiškojo kampo“ susukto dvisluoksnio grafeno perdavimo matavimus, parodydama atitinkamas izoliacines ir superlaidžias būsenas.
Netikėtai iškreiptas 0,93 ± 0,01 kampas, kuris yra 15 % mažesnis už nustatytą „magiškąjį kampą“, taip pat yra mažiausias iki šiol praneštas kampas ir pasižymi superlaidumo savybėmis. Šie rezultatai rodo, kad nauja koreliacijos būsena gali atsirasti „magiškojo kampo“ susuktame dvisluoksniame grafene, žemiau pirminio „magiškojo kampo“, už pirmosios grafeno mikrojuostelės. Norėdama sukurti šiuos „magiškojo rago“ susukto dvisluoksnio grafeno įtaisus, komanda naudojo „ašarojimo ir sudėjimo“ metodą. Struktūra tarp šešiakampių boro nitrido (BN) sluoksnių yra įkapsuliuota; suformuota į Hall strypo geometriją su keliais laidais, sujungtais su Cr/Au (chromo/aukso) krašto kontaktais. Visas „magiškojo kampo“ susukto dvisluoksnio grafeno įtaisas buvo pagamintas ant grafeno sluoksnio, naudojamo kaip galiniai vartai.
Mokslininkai naudoja standartinius nuolatinės srovės (DC) ir kintamosios srovės (AC) fiksavimo metodus, kad matuotų įrenginius pumpuojamuose HE4 ir HE3 kriostatuose. Komanda užfiksavo ryšį tarp įrenginio išilginės varžos (Rxx) ir išplėstinio vartų įtampos (VG) diapazono ir apskaičiavo magnetinį lauką B esant 1,7 K temperatūrai. Pastebėta, kad maža elektronų skylės asimetrija yra būdinga susukto dvisluoksnio grafeno įrenginio „Magiškasis kampas“ savybė. Kaip pastebėta ankstesnėse ataskaitose, komanda užfiksavo šiuos rezultatus ir išsamiai aprašė iki šiol superlaidžius pranešimus. Būdingas „Magiškasis kampas“ suka minimalų dvisluoksnio grafeno įrenginio sukimo kampą. Atidžiau išnagrinėję Landau vėduoklės diagramą, tyrėjai pastebėjo keletą pastebimų savybių.
Pavyzdžiui, pikas ties puse užpildymo ir dvigubas Landau lygio išsigimimas atitinka anksčiau stebėtas momentų tipo izoliacijos būsenas. Komanda parodė apytikslio sukinio slėnio SU(4) simetrijos pažeidimą ir naujo kvazidalelių Fermi paviršiaus susidarymą. Tačiau detalėms reikia išsamesnio tyrimo. Taip pat buvo pastebėtas superlaidumo atsiradimas, kuris padidino Rxx (išilginę varžą), panašiai kaip ir ankstesniuose tyrimuose. Tada komanda ištyrė superlaidžiosios fazės kritinę temperatūrą (Tc). Kadangi šiame pavyzdyje nebuvo gauta duomenų apie optimalų superlaidininkų legiravimą, mokslininkai darė prielaidą, kad kritinė temperatūra yra iki 0,5 K. Tačiau šie įtaisai tampa neveiksmingi, kol jie negali gauti aiškių duomenų iš superlaidžiosios būsenos. Norėdami toliau tirti superlaidžiąją būseną, tyrėjai išmatavo įtaiso keturių terminalų įtampos ir srovės (VI) charakteristikas esant skirtingiems krūvininkų tankiams.
Gautas pasipriešinimas rodo, kad supersrovė stebima didesniame tankio diapazone ir rodo supersrovės slopinimą, kai taikomas lygiagretus magnetinis laukas. Norėdami suprasti tyrime pastebėtą elgseną, tyrėjai apskaičiavo „Magiškojo kampo“ susukto dvisluoksnio grafeno įtaiso Moiro juostos struktūrą, naudodami Bistritzerio-MacDonaldo modelį ir patobulintus parametrus. Palyginti su ankstesniu „Magiškojo kampo“ kampo skaičiavimu, apskaičiuota mažos energijos Moiro juosta nėra izoliuota nuo didelės energijos juostos. Nors įtaiso sukimo kampas yra mažesnis nei kitur apskaičiuotas „Magiškojo kampo“ kampas, įtaisas turi reiškinį, kuris yra stipriai susijęs su ankstesniais tyrimais (Moro izoliacija ir superlaidumas), kurį fizikai nustatė kaip netikėtą ir įmanomą.
Toliau įvertinus elgseną esant dideliems tankiams (kiekvienos energijos būsenų skaičius), mokslininkų pastebėtos charakteristikos priskiriamos naujai atsirandančioms susijusioms izoliacijos būsenoms. Ateityje bus atliktas išsamesnis būsenų tankio (DAS) tyrimas, siekiant suprasti keistąsias izoliacijos būsenas ir nustatyti, ar jas galima klasifikuoti kaip kvantinius sukinių skysčius. Tokiu būdu mokslininkai stebėjo superlaidumą netoli Mox tipo izoliacinės būsenos susuktame dvisluoksniame grafeno įrenginyje su mažu sukimo kampu (0,93°). Šis tyrimas rodo, kad net esant tokiems mažiems kampams ir dideliems tankiams, elektronų koreliacijos poveikis muaro efekto savybėms yra toks pat. Ateityje bus tiriami izoliacinės fazės sukinių slėniai, o nauja superlaidžioji fazė bus tiriama žemesnėje temperatūroje. Eksperimentiniai tyrimai bus derinami su teorinėmis pastangomis, siekiant suprasti šio elgesio kilmę.
Įrašo laikas: 2019 m. spalio 8 d.