ഗ്രാഫീൻ സൂപ്പർകണ്ടക്ടിവിറ്റി കൂടുതൽ ആകർഷകമാണ്! ഏറ്റവും പുതിയ കണ്ടെത്തൽ: ഗ്രാഫീനിലെ "മാജിക് ആംഗിളിന്റെ" പരിധി പ്രതീക്ഷിച്ചതിലും വലുതാണ്.

"മാജിക് ആംഗിൾ" ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ (TBLG) എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന, സയൻസ്, ക്വാണ്ടം ഫിസിക്സ് മേഖലകളിലെ മോഹർ സ്ട്രൈപ്പുകളുടെയും ഫ്ലാറ്റ് ബെൽറ്റുകളുടെയും സ്വഭാവം ശാസ്ത്രജ്ഞരിൽ നിന്ന് വലിയ താൽപ്പര്യം ആകർഷിച്ചിട്ടുണ്ട്, എന്നിരുന്നാലും പല ഗുണങ്ങളും ചൂടേറിയ ചർച്ചകളെ അഭിമുഖീകരിക്കുന്നു. സയൻസ് പ്രോഗ്രസ് ജേണലിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പുതിയ പഠനത്തിൽ, എമിലിയോ കൊളെഡോയും യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിലെയും ജപ്പാനിലെയും ഫിസിക്സ് ആൻഡ് മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസ് വകുപ്പിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞരും ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിൽ സൂപ്പർകണ്ടക്ടിവിറ്റിയും സാമ്യതയും നിരീക്ഷിച്ചു. മോട്ട് ഇൻസുലേറ്റർ അവസ്ഥയ്ക്ക് ഏകദേശം 0.93 ഡിഗ്രി ട്വിസ്റ്റ് ആംഗിൾ ഉണ്ട്. മുൻ പഠനത്തിൽ കണക്കാക്കിയ "മാജിക് ആംഗിൾ" ആംഗിളിനേക്കാൾ (1.1°) ഈ ആംഗിൾ 15% ചെറുതാണ്. ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിന്റെ "മാജിക് ആംഗിൾ" ശ്രേണി മുമ്പ് പ്രതീക്ഷിച്ചതിലും വലുതാണെന്ന് ഈ പഠനം കാണിക്കുന്നു.

ക്വാണ്ടം ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ പ്രയോഗങ്ങൾക്കായി ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിലെ ശക്തമായ ക്വാണ്ടം പ്രതിഭാസങ്ങളെ മനസ്സിലാക്കുന്നതിനുള്ള പുതിയ വിവരങ്ങളുടെ ഒരു ശേഖരം ഈ പഠനം നൽകുന്നു. ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർ "ട്വിസ്ട്രോണിക്സ്" എന്നത് ഗ്രാഫീനിൽ മോയിറും ഫ്ലാറ്റ് ബാൻഡുകളും ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് അടുത്തുള്ള വാൻ ഡെർ വാൽസ് പാളികൾക്കിടയിലുള്ള ആപേക്ഷിക ട്വിസ്റ്റ് ആംഗിൾ ആയി നിർവചിക്കുന്നു. വൈദ്യുത പ്രവാഹം കൈവരിക്കുന്നതിന് ദ്വിമാന വസ്തുക്കളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഉപകരണ സവിശേഷതകൾ ഗണ്യമായി മാറ്റുന്നതിനും ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കുന്നതിനുമുള്ള പുതിയതും അതുല്യവുമായ ഒരു രീതിയായി ഈ ആശയം മാറിയിരിക്കുന്നു. "ട്വിസ്ട്രോണിക്സ്" ന്റെ ശ്രദ്ധേയമായ പ്രഭാവം ഗവേഷകരുടെ പയനിയറിംഗ് പ്രവർത്തനത്തിൽ ഉദാഹരണമായി കാണിച്ചു, രണ്ട് സിംഗിൾ-ലെയർ ഗ്രാഫീൻ പാളികൾ θ=1.1±0.1° എന്ന "മാജിക് ആംഗിൾ" ട്വിസ്റ്റ് ആംഗിളിൽ അടുക്കി വയ്ക്കുമ്പോൾ, വളരെ ഫ്ലാറ്റ് ബാൻഡ് ദൃശ്യമാകുമെന്ന് ഇത് തെളിയിക്കുന്നു. .

ഈ പഠനത്തിൽ, ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിൽ (TBLG), "മാജിക് ആംഗിളിലെ" സൂപ്പർലാറ്റിസിന്റെ ആദ്യത്തെ മൈക്രോസ്ട്രിപ്പിന്റെ (ഘടനാപരമായ സവിശേഷത) ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഘട്ടം പകുതിയായി നിറഞ്ഞിരുന്നു. അൽപ്പം ഉയർന്നതും താഴ്ന്നതുമായ ഡോപ്പിംഗ് തലങ്ങളിൽ സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിവിറ്റി പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന ഒരു മോട്ട് ഇൻസുലേറ്ററാണ് (സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് ഗുണങ്ങളുള്ള ഒരു ഇൻസുലേറ്റർ) ഇതെന്ന് ഗവേഷണ സംഘം നിർണ്ണയിച്ചു. സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് ട്രാൻസിഷൻ താപനിലയ്ക്കും (Tc) ഫെർമി താപനിലയ്ക്കും (Tf) ഇടയിലുള്ള ഉയർന്ന താപനില സൂപ്പർകണ്ടക്ടറിനെ ഫേസ് ഡയഗ്രം കാണിക്കുന്നു. ഈ ഗവേഷണം ഗ്രാഫീൻ ബാൻഡ് ഘടന, ടോപ്പോളജി, അധിക "മാജിക് ആംഗിൾ" സെമികണ്ടക്ടർ സിസ്റ്റങ്ങൾ എന്നിവയിൽ വലിയ താൽപ്പര്യത്തിനും സൈദ്ധാന്തിക ചർച്ചയ്ക്കും കാരണമായി. യഥാർത്ഥ സൈദ്ധാന്തിക റിപ്പോർട്ടുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, പരീക്ഷണാത്മക ഗവേഷണം അപൂർവമാണ്, ഇപ്പോൾ ആരംഭിച്ചു. ഈ പഠനത്തിൽ, പ്രസക്തമായ ഇൻസുലേറ്റിംഗ്, സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് അവസ്ഥകൾ കാണിക്കുന്ന "മാജിക് ആംഗിൾ" ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിൽ ടീം ട്രാൻസ്മിഷൻ അളവുകൾ നടത്തി.

സ്ഥാപിതമായ "മാജിക് ആംഗിളിനേക്കാൾ 15% ചെറുതായ" 0.93 ± 0.01 എന്ന അപ്രതീക്ഷിതമായി വികലമായ കോൺ, ഇന്നുവരെ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ളതിൽ വച്ച് ഏറ്റവും ചെറുതാണ്, കൂടാതെ സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് ഗുണങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഗ്രാഫീനിന്റെ ആദ്യ മൈക്രോസ്ട്രിപ്പിന് അപ്പുറം, പ്രാഥമിക "മാജിക് ആംഗിളിനേക്കാൾ" താഴെയുള്ള "മാജിക് ആംഗിൾ" ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീനിൽ പുതിയ പരസ്പരബന്ധന അവസ്ഥ ദൃശ്യമാകുമെന്ന് ഈ ഫലങ്ങൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഈ "മാജിക് ഹോൺ" ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ, ടീം ഒരു "ടിയറും സ്റ്റാക്കും" സമീപനം ഉപയോഗിച്ചു. ഷഡ്ഭുജ ബോറോൺ നൈട്രൈഡ് (BN) പാളികൾക്കിടയിലുള്ള ഘടന പൊതിഞ്ഞതാണ്; Cr/Au (ക്രോമിയം/സ്വർണ്ണം) എഡ്ജ് കോൺടാക്റ്റുകളുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഒന്നിലധികം വയറുകളുള്ള ഒരു ഹാൾ റോഡ് ജ്യാമിതിയിലേക്ക് പാറ്റേൺ ചെയ്തിരിക്കുന്നു. പിൻ ഗേറ്റായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഗ്രാഫീൻ പാളിയുടെ മുകളിലാണ് മുഴുവൻ "മാജിക് ആംഗിൾ" ട്വിസ്റ്റഡ് ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണവും നിർമ്മിച്ചത്.

പമ്പ് ചെയ്ത HE4, HE3 ക്രയോസ്റ്റാറ്റുകളിലെ ഉപകരണങ്ങൾ അളക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞർ സ്റ്റാൻഡേർഡ് ഡയറക്ട് കറന്റ് (DC), ആൾട്ടർനേറ്റിംഗ് കറന്റ് (AC) ലോക്കിംഗ് ടെക്നിക്കുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഉപകരണത്തിന്റെ രേഖാംശ പ്രതിരോധം (Rxx) ഉം എക്സ്റ്റെൻഡഡ് ഗേറ്റ് വോൾട്ടേജ് (VG) ശ്രേണിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം സംഘം രേഖപ്പെടുത്തുകയും 1.7K താപനിലയിൽ കാന്തികക്ഷേത്രം B കണക്കാക്കുകയും ചെയ്തു. ചെറിയ ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ അസമമിതി "മാജിക് ആംഗിൾ" വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണത്തിന്റെ അന്തർലീനമായ ഗുണമാണെന്ന് നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു. മുൻ റിപ്പോർട്ടുകളിൽ നിരീക്ഷിച്ചതുപോലെ, ടീം ഈ ഫലങ്ങൾ രേഖപ്പെടുത്തുകയും ഇതുവരെ സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് നടത്തിയ റിപ്പോർട്ടുകൾ വിശദീകരിക്കുകയും ചെയ്തു. "മാജിക് ആംഗിൾ" എന്ന സ്വഭാവം ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണത്തിന്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ടോർഷൻ ആംഗിളിനെ വളച്ചൊടിക്കുന്നു. ലാൻഡോ ഫാൻ ചാർട്ടിന്റെ സൂക്ഷ്മപരിശോധനയോടെ, ഗവേഷകർക്ക് ചില ശ്രദ്ധേയമായ സവിശേഷതകൾ ലഭിച്ചു.

ഉദാഹരണത്തിന്, പകുതി നിറയുമ്പോഴുള്ള പീക്ക്, ലാൻഡൗ ലെവലിന്റെ ഇരട്ടി ഡീജനറസി എന്നിവ മുമ്പ് നിരീക്ഷിച്ച മൊമെന്റ് പോലുള്ള ഇൻസുലേഷൻ അവസ്ഥകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. ഏകദേശ സ്പിൻ വാലി SU(4) ന്റെ സമമിതിയിൽ ഒരു ഇടവേളയും ഒരു പുതിയ ക്വാസി-കണിക ഫെർമി ഉപരിതലത്തിന്റെ രൂപീകരണവും സംഘം കാണിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, വിശദാംശങ്ങൾക്ക് കൂടുതൽ വിശദമായ പരിശോധന ആവശ്യമാണ്. മുൻ പഠനങ്ങൾക്ക് സമാനമായി Rxx (രേഖാംശ പ്രതിരോധം) വർദ്ധിപ്പിച്ച സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിവിറ്റിയുടെ രൂപീകരണവും നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു. തുടർന്ന് ടീം സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് ഘട്ടത്തിന്റെ നിർണായക താപനില (Tc) പരിശോധിച്ചു. ഈ സാമ്പിളിൽ സൂപ്പർകണ്ടക്ടറുകളുടെ ഒപ്റ്റിമൽ ഡോപ്പിംഗിനായി ഡാറ്റയൊന്നും ലഭിക്കാത്തതിനാൽ, ശാസ്ത്രജ്ഞർ 0.5K വരെയുള്ള നിർണായക താപനില അനുമാനിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് അവസ്ഥയിൽ നിന്ന് വ്യക്തമായ ഡാറ്റ ലഭിക്കുന്നതുവരെ ഈ ഉപകരണങ്ങൾ ഫലപ്രദമല്ലാതാകും. സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് അവസ്ഥയെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ അന്വേഷിക്കുന്നതിന്, വ്യത്യസ്ത കാരിയർ സാന്ദ്രതകളിൽ ഉപകരണത്തിന്റെ നാല്-ടെർമിനൽ വോൾട്ടേജ്-കറന്റ് (VI) സവിശേഷതകൾ ഗവേഷകർ അളന്നു.

ലഭിച്ച പ്രതിരോധം, ഒരു വലിയ സാന്ദ്രത പരിധിയിൽ സൂപ്പർ കറന്റ് നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നതായും ഒരു സമാന്തര കാന്തികക്ഷേത്രം പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ സൂപ്പർ കറന്റിന്റെ അടിച്ചമർത്തൽ കാണിക്കുന്നതായും കാണിക്കുന്നു. പഠനത്തിൽ നിരീക്ഷിച്ച സ്വഭാവത്തെക്കുറിച്ച് ഉൾക്കാഴ്ച ലഭിക്കുന്നതിന്, ഗവേഷകർ ബിസ്ട്രിറ്റ്സർ-മാക്ഡൊണാൾഡ് മോഡലും മെച്ചപ്പെട്ട പാരാമീറ്ററുകളും ഉപയോഗിച്ച് "മാജിക് ആംഗിൾ" വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണത്തിന്റെ മോയർ ബാൻഡ് ഘടന കണക്കാക്കി. "മാജിക് ആംഗിൾ" കോണിന്റെ മുൻ കണക്കുകൂട്ടലുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, കണക്കാക്കിയ ലോ എനർജി മോയർ ബാൻഡ് ഉയർന്ന എനർജി ബാൻഡിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചിട്ടില്ല. ഉപകരണത്തിന്റെ ട്വിസ്റ്റ് ആംഗിൾ മറ്റെവിടെയെങ്കിലും കണക്കാക്കിയ "മാജിക് ആംഗിൾ" കോണിനേക്കാൾ ചെറുതാണെങ്കിലും, മുൻ പഠനങ്ങളുമായി (മോർട്ട് ഇൻസുലേഷനും സൂപ്പർകണ്ടക്ടിവിറ്റിയും) ശക്തമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഒരു പ്രതിഭാസം ഉപകരണത്തിനുണ്ട്, ഇത് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർ അപ്രതീക്ഷിതവും പ്രായോഗികവുമാണെന്ന് കണ്ടെത്തി.

വലിയ സാന്ദ്രതകളിലെ സ്വഭാവം (ഓരോ ഊർജ്ജത്തിലും ലഭ്യമായ അവസ്ഥകളുടെ എണ്ണം) കൂടുതൽ വിലയിരുത്തിയ ശേഷം, ശാസ്ത്രജ്ഞർ നിരീക്ഷിച്ച സവിശേഷതകൾ പുതുതായി ഉയർന്നുവരുന്ന അനുബന്ധ ഇൻസുലേഷൻ അവസ്ഥകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഭാവിയിൽ, ഇൻസുലേഷന്റെ വിചിത്രമായ അവസ്ഥ മനസ്സിലാക്കുന്നതിനും അവയെ ക്വാണ്ടം സ്പിൻ ദ്രാവകങ്ങളായി തരംതിരിക്കാമോ എന്ന് നിർണ്ണയിക്കുന്നതിനും അവസ്ഥകളുടെ സാന്ദ്രത (DOS) സംബന്ധിച്ച കൂടുതൽ വിശദമായ പഠനം നടത്തും. ഈ രീതിയിൽ, ചെറിയ ട്വിസ്റ്റ് ആംഗിൾ (0.93°) ഉള്ള ഒരു വളച്ചൊടിച്ച ബൈലെയർ ഗ്രാഫീൻ ഉപകരണത്തിൽ മോക്സ് പോലുള്ള ഇൻസുലേറ്റിംഗ് അവസ്ഥയ്ക്ക് സമീപമുള്ള സൂപ്പർകണ്ടക്ടിവിറ്റി ശാസ്ത്രജ്ഞർ നിരീക്ഷിച്ചു. അത്തരം ചെറിയ കോണുകളിലും ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയിലും പോലും, മോയിറിന്റെ ഗുണങ്ങളിൽ ഇലക്ട്രോൺ പരസ്പര ബന്ധത്തിന്റെ സ്വാധീനം ഒന്നുതന്നെയാണെന്ന് ഈ പഠനം കാണിക്കുന്നു. ഭാവിയിൽ, ഇൻസുലേറ്റിംഗ് ഘട്ടത്തിന്റെ സ്പിൻ താഴ്‌വരകൾ പഠിക്കും, കൂടാതെ കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ ഒരു പുതിയ സൂപ്പർകണ്ടക്റ്റിംഗ് ഘട്ടം പഠിക്കും. ഈ സ്വഭാവത്തിന്റെ ഉത്ഭവം മനസ്സിലാക്കാനുള്ള സൈദ്ധാന്തിക ശ്രമങ്ങളുമായി പരീക്ഷണാത്മക ഗവേഷണം സംയോജിപ്പിക്കും.