Zinātnes un kvantu fizikas zinātnē, ko sauc par "maģiskā leņķa" savītā divslāņu grafēna (TBLG), lielu zinātnieku interesi ir piesaistījusi Mora svītru un plakano joslu uzvedība, lai gan daudzas īpašības piedzīvo karstas debates. Jaunā pētījumā, kas publicēts žurnālā "Science Progress", Emilio Kolledo un Fizikas un materiālzinātnes katedras zinātnieki Amerikas Savienotajās Valstīs un Japānā novēroja supravadītspēju un analoģiju savītā divslāņu grafēnā. Mota izolatora stāvoklim ir aptuveni 0,93 grādu savīšanas leņķis. Šis leņķis ir par 15% mazāks nekā iepriekšējā pētījumā aprēķinātais "maģiskā leņķa" leņķis (1,1°). Šis pētījums parāda, ka savītā divslāņu grafēna "maģiskā leņķa" diapazons ir lielāks nekā iepriekš gaidīts.
Šis pētījums sniedz daudz jaunas informācijas spēcīgo kvantu parādību atšifrēšanai savītā divslāņu grafēnā, lai to varētu izmantot kvantu fizikā. Fiziķi definē "tvistroniku" kā relatīvo sagriešanās leņķi starp blakus esošajiem van der Valsa slāņiem, lai grafēnā radītu muarē efektu un plakanas joslas. Šī koncepcija ir kļuvusi par jaunu un unikālu metodi ierīču īpašību būtiskai mainīšanai un pielāgošanai, pamatojoties uz divdimensiju materiāliem, lai panāktu strāvas plūsmu. "Tvistroniku" ievērojamais efekts tika ilustrēts pētnieku novatoriskajā darbā, parādot, ka, saliekot divus viena slāņa grafēna slāņus "maģiskā leņķa" sagriešanās leņķī θ = 1,1 ± 0,1°, parādās ļoti plakana josla.
Šajā pētījumā savītā divslāņu grafēnā (TBLG) superrežģa pirmās mikrostripas (strukturālās iezīmes) izolācijas fāze pie "maģiskā leņķa" bija daļēji aizpildīta. Pētnieku komanda noteica, ka šis ir Mott izolators (izolators ar supravadošām īpašībām), kam piemīt supravadītspēja nedaudz augstākos un zemākos dopinga līmeņos. Fāžu diagramma parāda augstas temperatūras supravadītāju starp supravadošās pārejas temperatūru (Tc) un Fermi temperatūru (Tf). Šis pētījums izraisīja lielu interesi un teorētiskas debates par grafēna joslas struktūru, topoloģiju un papildu "maģiskā leņķa" pusvadītāju sistēmām. Salīdzinot ar sākotnējo teorētisko ziņojumu, eksperimentālie pētījumi ir reti un ir tikko sākušies. Šajā pētījumā komanda veica caurlaidības mērījumus uz "maģiskā leņķa" savītā divslāņu grafēna, parādot attiecīgos izolācijas un supravadīšanas stāvokļus.
Negaidīti izkropļots leņķis 0,93 ± 0,01, kas ir par 15% mazāks nekā noteiktais “maģiskais leņķis”, ir arī mazākais līdz šim ziņotais leņķis un tam piemīt supravadošas īpašības. Šie rezultāti liecina, ka jaunais korelācijas stāvoklis var parādīties “maģiskā leņķa” savītā divslāņu grafēnā, zemāk par primāro “maģisko leņķi”, aiz pirmās grafēna mikrostripas. Lai izveidotu šīs “maģiskā raga” savītā divslāņu grafēna ierīces, komanda izmantoja “plēšanas un sakraušanas” pieeju. Struktūra starp sešstūra bora nitrīda (BN) slāņiem ir iekapsulēta; veidota Hola stieņa ģeometrijā ar vairākiem vadiem, kas savienoti ar Cr/Au (hroma/zelta) malu kontaktiem. Visa “maģiskā leņķa” savītā divslāņu grafēna ierīce tika izgatavota uz grafēna slāņa, kas tika izmantots kā aizmugurējie vārti.
Zinātnieki izmanto standarta līdzstrāvas (DC) un maiņstrāvas (AC) bloķēšanas metodes, lai mērītu ierīces sūknējamos HE4 un HE3 kriostatos. Komanda reģistrēja sakarību starp ierīces garenisko pretestību (Rxx) un paplašināto vārtu sprieguma (VG) diapazonu un aprēķināja magnētisko lauku B 1,7 K temperatūrā. Tika novērots, ka neliela elektronu-caurumu asimetrija ir savītā divslāņu grafēna ierīces "Maģiskā leņķa" raksturīga īpašība. Kā novērots iepriekšējos ziņojumos, komanda reģistrēja šos rezultātus un detalizēti aprakstīja līdz šim supravadošos ziņojumus. Raksturlielums "Maģiskais leņķis" sagriež divslāņu grafēna ierīces minimālo vērpes leņķi. Rūpīgāk izpētot Landau vēdekļveida diagrammu, pētnieki ieguva dažas ievērojamas iezīmes.
Piemēram, maksimums pie puspiepildījuma un Landau līmeņa divkāršā deģenerācija atbilst iepriekš novērotajiem momentiem līdzīgajiem izolācijas stāvokļiem. Komanda parādīja aptuvenās spina ielejas SU(4) simetrijas pārrāvumu un jaunas kvazidaļiņu Fermi virsmas veidošanos. Tomēr detaļas prasa detalizētāku pārbaudi. Tika novērota arī supravadītspējas parādīšanās, kas palielināja Rxx (garenisko pretestību), līdzīgi kā iepriekšējos pētījumos. Pēc tam komanda pārbaudīja supravadošās fāzes kritisko temperatūru (Tc). Tā kā šajā paraugā netika iegūti dati par supravadītāju optimālu dopingu, zinātnieki pieņēma, ka kritiskā temperatūra ir līdz 0,5 K. Tomēr šīs ierīces kļūst neefektīvas, līdz tās spēj iegūt skaidrus datus no supravadošā stāvokļa. Lai turpinātu pētīt supravadošo stāvokli, pētnieki izmērīja ierīces četru spaiļu sprieguma-strāvas (VI) raksturlielumus dažādos nesēju blīvumos.
Iegūtā pretestība parāda, ka superstrāva tiek novērota plašākā blīvuma diapazonā, un tā parāda superstrāvas nomākšanu, ja tiek pielikts paralēls magnētiskais lauks. Lai iegūtu ieskatu pētījumā novērotajā uzvedībā, pētnieki aprēķināja savītā divslāņu grafēna ierīces “Maģiskais leņķis” Moira joslas struktūru, izmantojot Bistritzera-Makdonalda modeli un uzlabotus parametrus. Salīdzinot ar iepriekšējo “Maģiskā leņķa” leņķa aprēķinu, aprēķinātā zemās enerģijas Moira josla nav izolēta no augstas enerģijas joslas. Lai gan ierīces sagriešanās leņķis ir mazāks nekā citur aprēķinātais “maģiskā leņķa” leņķis, ierīcei piemīt parādība, kas ir cieši saistīta ar iepriekšējiem pētījumiem (Mora izolācija un supravadītspēja), ko fiziķi atzina par negaidītu un iespējamu.
Pēc tam, kad ir tālāk izvērtēta uzvedība pie lieliem blīvumiem (katrai enerģijai pieejamo stāvokļu skaits), zinātnieku novērotās īpašības tiek attiecinātas uz jaunizveidotajiem saistītajiem izolācijas stāvokļiem. Nākotnē tiks veikts detalizētāks stāvokļu blīvuma (DOS) pētījums, lai izprastu izolācijas nepāra stāvokļus un noteiktu, vai tos var klasificēt kā kvantu spinu šķidrumus. Tādā veidā zinātnieki novēroja supravadītspēju Mox līdzīga izolācijas stāvokļa tuvumā savītā divslāņu grafēna ierīcē ar nelielu sagriešanās leņķi (0,93°). Šis pētījums parāda, ka pat pie tik maziem leņķiem un augsta blīvuma elektronu korelācijas ietekme uz muarē īpašībām ir vienāda. Nākotnē tiks pētītas izolācijas fāzes spinu ielejas, un jauna supravadoša fāze tiks pētīta zemākā temperatūrā. Eksperimentālie pētījumi tiks apvienoti ar teorētiskiem centieniem izprast šīs uzvedības izcelsmi.
Publicēšanas laiks: 2019. gada 8. oktobris