ग्राफीनची अतिवाहकता अधिक आकर्षक आहे! नवीनतम शोध: ग्राफीनमधील “मॅजिक अँगल”ची व्याप्ती अपेक्षेपेक्षा मोठी आहे.

विज्ञान आणि क्वांटम भौतिकशास्त्रातील मोहर पट्ट्या आणि सपाट पट्ट्यांच्या वर्तनाने, ज्याला “मॅजिक अँगल” ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीन (TBLG) म्हटले जाते, शास्त्रज्ञांचे मोठे लक्ष वेधून घेतले आहे, जरी त्याच्या अनेक गुणधर्मांवर तीव्र वादविवाद सुरू आहेत. सायन्स प्रोग्रेस जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेल्या एका नवीन अभ्यासात, अमेरिका आणि जपानमधील भौतिकशास्त्र आणि पदार्थ विज्ञान विभागातील एमिलिओ कोलेडो आणि शास्त्रज्ञांनी ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीनमध्ये अतिवाहकता आणि साम्य पाहिले. मॉट इन्सुलेटर अवस्थेचा ट्विस्ट अँगल सुमारे ०.९३ अंश आहे. हा कोन मागील अभ्यासात मोजलेल्या “मॅजिक अँगल” (१.१°) पेक्षा १५% लहान आहे. हा अभ्यास दर्शवितो की ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीनच्या “मॅजिक अँगल”ची श्रेणी पूर्वीच्या अपेक्षेपेक्षा मोठी आहे.

हा अभ्यास क्वांटम भौतिकशास्त्रातील उपयोगांसाठी ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीनमधील तीव्र क्वांटम घटना उलगडण्याकरिता विपुल नवीन माहिती प्रदान करतो. भौतिकशास्त्रज्ञ ग्राफीनमध्ये मोइरे आणि फ्लॅट बँड्स तयार करण्यासाठी लगतच्या व्हॅन डर वाल्स थरांमधील सापेक्ष ट्विस्ट कोनाला "ट्विस्ट्रॉनिक्स" असे परिभाषित करतात. विद्युत प्रवाह साध्य करण्यासाठी द्विमितीय पदार्थांवर आधारित उपकरणांचे गुणधर्म लक्षणीयरीत्या बदलण्यासाठी आणि सानुकूलित करण्यासाठी ही संकल्पना एक नवीन आणि अद्वितीय पद्धत बनली आहे. "ट्विस्ट्रॉनिक्स"चा उल्लेखनीय परिणाम संशोधकांच्या अग्रगण्य कार्यात उदाहरणासह स्पष्ट झाला आहे, ज्यात असे दाखवले आहे की जेव्हा दोन सिंगल-लेअर ग्राफीन थर θ=1.1±0.1° च्या "मॅजिक अँगल" ट्विस्ट कोनावर एकावर एक रचले जातात, तेव्हा एक अत्यंत फ्लॅट बँड दिसून येतो.

या अभ्यासात, ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीनमध्ये (TBLG), 'मॅजिक अँगल'वरील सुपरलॅटिसच्या पहिल्या मायक्रोस्ट्रिपचा (संरचनात्मक वैशिष्ट्य) इन्सुलेटिंग टप्पा अर्ध-भरलेला होता. संशोधक संघाने निश्चित केले की हा एक मॉट इन्सुलेटर (अतिवाहक गुणधर्म असलेला इन्सुलेटर) आहे, जो किंचित उच्च आणि कमी डोपिंग स्तरांवर अतिवाहकता दर्शवतो. फेज डायग्राम अतिवाहक संक्रमण तापमान (Tc) आणि फर्मी तापमान (Tf) यांच्या दरम्यान उच्च तापमान अतिवाहक दर्शवतो. या संशोधनामुळे ग्राफीन बँड संरचना, टोपोलॉजी आणि अतिरिक्त 'मॅजिक अँगल' सेमीकंडक्टर प्रणालींवर मोठी आवड आणि सैद्धांतिक चर्चा सुरू झाली. मूळ सैद्धांतिक अहवालाच्या तुलनेत, प्रायोगिक संशोधन दुर्मिळ आहे आणि नुकतेच सुरू झाले आहे. या अभ्यासात, संघाने 'मॅजिक अँगल' ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीनवर ट्रान्समिशन मापन केले, जे संबंधित इन्सुलेटिंग आणि अतिवाहक अवस्था दर्शवते.

०.९३ ± ०.०१ चा एक अनपेक्षितपणे विकृत कोन, जो प्रस्थापित 'मॅजिक अँगल' पेक्षा १५% लहान आहे, तो आजपर्यंत नोंदवलेला सर्वात लहान कोन देखील आहे आणि तो अतिवाहक गुणधर्म दर्शवतो. हे परिणाम सूचित करतात की, 'मॅजिक अँगल' ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीनमध्ये, ग्राफीनच्या पहिल्या मायक्रोस्ट्रिपच्या पलीकडे, प्राथमिक 'मॅजिक अँगल' पेक्षा कमी असलेली नवीन सहसंबंध स्थिती दिसू शकते. ही 'मॅजिक हॉर्न' ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीन उपकरणे तयार करण्यासाठी, संघाने 'टिअर अँड स्टॅक' (फाडून रचणे) पद्धतीचा वापर केला. षटकोनी बोरॉन नायट्राइड (BN) थरांमधील रचना आवेष्टित केली जाते; तिला हॉल रॉड भूमितीमध्ये आकार दिला जातो आणि Cr/Au (क्रोमियम/सोने) एज कॉन्टॅक्ट्सना जोडलेल्या अनेक तारा जोडल्या जातात. संपूर्ण 'मॅजिक अँगल' ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीन उपकरण बॅक गेट म्हणून वापरलेल्या ग्राफीन थरावर तयार केले गेले.

शास्त्रज्ञ पंप केलेल्या HE4 आणि HE3 क्रायोस्टॅट्समधील उपकरणांचे मापन करण्यासाठी मानक डायरेक्ट करंट (DC) आणि अल्टरनेटिंग करंट (AC) लॉकिंग तंत्रांचा वापर करतात. या संघाने उपकरणाच्या अनुदैर्ध्य रोध (Rxx) आणि विस्तारित गेट व्होल्टेज (VG) श्रेणी यांच्यातील संबंध नोंदवला आणि 1.7K तापमानावर चुंबकीय क्षेत्र B ची गणना केली. "मॅजिक अँगल" ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीन उपकरणाचा एक अंगभूत गुणधर्म म्हणून लहान इलेक्ट्रॉन-होल विषमता आढळून आली. पूर्वीच्या अहवालांमध्ये नमूद केल्याप्रमाणे, या संघाने हे परिणाम नोंदवले आणि आतापर्यंतच्या सुपरकंडक्टिंग अहवालांचे तपशीलवार वर्णन केले. वैशिष्ट्यपूर्ण "मॅजिक अँगल" बायलेअर ग्राफीन उपकरणाच्या किमान टॉर्शन कोनाला पिळतो. लँडाऊ फॅन चार्टचे बारकाईने निरीक्षण केल्यावर, संशोधकांना काही उल्लेखनीय वैशिष्ट्ये आढळली.

उदाहरणार्थ, अर्ध्या भरलेल्या स्थितीतील शिखर आणि लँडाऊ पातळीची द्वि-पटी अपभ्रंशता ही पूर्वी निरीक्षण केलेल्या मोमेंट-सारख्या इन्सुलेशन स्थितींशी सुसंगत आहेत. संघाने अंदाजित स्पिन व्हॅली SU(4) च्या सममितीमध्ये खंड आणि एका नवीन अर्ध-कण फर्मी पृष्ठभागाची निर्मिती दर्शविली. तथापि, तपशिलांसाठी अधिक सखोल तपासणीची आवश्यकता आहे. पूर्वीच्या अभ्यासांप्रमाणेच, अतिवाहकता दिसून आली, ज्यामुळे Rxx (अनुदैर्ध्य रोध) वाढला. त्यानंतर संघाने अतिवाहक अवस्थेच्या क्रांतिक तापमानाची (Tc) तपासणी केली. या नमुन्यामध्ये अतिवाहकांच्या इष्टतम डोपिंगसाठी कोणताही डेटा प्राप्त झाला नसल्यामुळे, शास्त्रज्ञांनी 0.5K पर्यंतचे क्रांतिक तापमान गृहीत धरले. तथापि, जोपर्यंत त्यांना अतिवाहक अवस्थेतून स्पष्ट डेटा मिळत नाही, तोपर्यंत ही उपकरणे अप्रभावी ठरतात. अतिवाहक अवस्थेचा अधिक तपास करण्यासाठी, संशोधकांनी वेगवेगळ्या वाहक घनतेवर उपकरणाच्या चार-टर्मिनल व्होल्टेज-करंट (VI) वैशिष्ट्यांचे मापन केले.

मिळालेला रोध दर्शवतो की, मोठ्या घनता श्रेणीमध्ये सुपर करंट (अतिप्रवाह) दिसून येतो आणि समांतर चुंबकीय क्षेत्र लागू केल्यावर सुपर करंट दाबला जातो. या अभ्यासात दिसून आलेल्या वर्तणुकीबद्दल सखोल माहिती मिळवण्यासाठी, संशोधकांनी बिस्ट्रिट्झर-मॅकडोनाल्ड मॉडेल आणि सुधारित पॅरामीटर्स वापरून “मॅजिक अँगल” ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीन उपकरणाच्या मॉइर बँड संरचनेची गणना केली. “मॅजिक अँगल” कोनाच्या पूर्वीच्या गणनेच्या तुलनेत, गणना केलेला कमी ऊर्जेचा मॉइर बँड उच्च ऊर्जेच्या बँडपासून वेगळा नाही. जरी उपकरणाचा ट्विस्ट कोन इतरत्र गणना केलेल्या “मॅजिक अँगल” कोनापेक्षा लहान असला तरी, या उपकरणामध्ये एक अशी घटना दिसून येते जी पूर्वीच्या अभ्यासांशी (मॉर्ट इन्सुलेशन आणि सुपरकंडक्टिव्हिटी) घट्टपणे संबंधित आहे, जी भौतिकशास्त्रज्ञांना अनपेक्षित आणि शक्य वाटली.

उच्च घनतेवरील वर्तनाचे (प्रत्येक ऊर्जेवर उपलब्ध असलेल्या अवस्थांची संख्या) अधिक मूल्यांकन केल्यानंतर, शास्त्रज्ञांनी निरीक्षण केलेली वैशिष्ट्ये नव्याने उदयास येणाऱ्या संबंधित इन्सुलेशन अवस्थांना कारणीभूत ठरतात. भविष्यात, इन्सुलेशनची विषम अवस्था समजून घेण्यासाठी आणि त्यांचे वर्गीकरण क्वांटम स्पिन लिक्विड्स म्हणून केले जाऊ शकते का हे ठरवण्यासाठी, अवस्थांच्या घनतेचा (DOS) अधिक तपशीलवार अभ्यास केला जाईल. अशाप्रकारे, शास्त्रज्ञांनी लहान ट्विस्ट अँगल (०.९३°) असलेल्या ट्विस्टेड बायलेअर ग्राफीन उपकरणामध्ये मॉक्स-सारख्या इन्सुलेटिंग अवस्थेजवळ सुपरकंडक्टिव्हिटीचे निरीक्षण केले. हा अभ्यास दर्शवितो की अशा लहान कोनांवर आणि उच्च घनतेवर देखील, मोइरेच्या गुणधर्मांवर इलेक्ट्रॉन कोरिलेशनचा प्रभाव सारखाच असतो. भविष्यात, इन्सुलेटिंग अवस्थेच्या स्पिन व्हॅलीजचा अभ्यास केला जाईल आणि कमी तापमानावर एका नवीन सुपरकंडक्टिंग अवस्थेचा अभ्यास केला जाईल. या वर्तनाचे मूळ समजून घेण्यासाठी प्रायोगिक संशोधनाला सैद्धांतिक प्रयत्नांशी जोडले जाईल.