Tingkah laku jalur Mohr dan tali pinggang rata dalam sains dan fizik kuantum yang dipanggil "Magic Angle" grafena dwilapis berpintal (TBLG) telah menarik minat yang besar daripada saintis, walaupun banyak sifat menghadapi perdebatan hangat. Dalam satu kajian baharu yang diterbitkan dalam jurnal Science Progress, Emilio Colledo dan saintis di Jabatan Fizik dan Sains Bahan di Amerika Syarikat dan Jepun memerhatikan superkonduktiviti dan analogi dalam grafena dwilapis berpintal. Keadaan penebat Mott mempunyai sudut putaran kira-kira 0.93 darjah. Sudut ini adalah 15% lebih kecil daripada sudut "sudut ajaib" (1.1°) yang dikira dalam kajian sebelumnya. Kajian ini menunjukkan bahawa julat "sudut ajaib" grafena dwilapis berpintal adalah lebih besar daripada yang dijangkakan sebelum ini.
Kajian ini menyediakan banyak maklumat baharu untuk mentafsir fenomena kuantum yang kuat dalam grafena dwilapisan berpintal untuk aplikasi dalam fizik kuantum. Ahli fizik mentakrifkan "Twistronics" sebagai sudut putaran relatif antara lapisan van der Waals bersebelahan untuk menghasilkan jalur moiré dan rata dalam grafena. Konsep ini telah menjadi kaedah baharu dan unik untuk mengubah dan menyesuaikan sifat peranti dengan ketara berdasarkan bahan dua dimensi untuk mencapai aliran arus. Kesan "Twistronics" yang luar biasa telah dicontohkan dalam kerja perintis penyelidik, menunjukkan bahawa apabila dua lapisan grafena lapisan tunggal disusun pada sudut putaran "sudut ajaib" θ=1.1±0.1°, jalur yang sangat rata akan muncul.
Dalam kajian ini, dalam grafena dwilapisan berpintal (TBLG), fasa penebat mikrojalur pertama (ciri struktur) superlattis pada "sudut ajaib" separa terisi. Pasukan penyelidikan menentukan bahawa ini adalah penebat Mott (penebat dengan sifat superkonduktor) yang mempamerkan superkonduktiviti pada tahap pendopan yang sedikit lebih tinggi dan lebih rendah. Gambar rajah fasa menunjukkan superkonduktor suhu tinggi antara suhu peralihan superkonduktor (Tc) dan suhu Fermi (Tf). Penyelidikan ini membawa kepada minat yang besar dan perdebatan teori tentang struktur jalur grafena, topologi dan sistem semikonduktor "Sudut Ajaib" tambahan. Berbanding dengan laporan teori asal, penyelidikan eksperimen jarang berlaku dan baru sahaja bermula. Dalam kajian ini, pasukan menjalankan pengukuran penghantaran pada grafena dwilapisan berpintal "sudut ajaib" yang menunjukkan keadaan penebat dan superkonduktor yang berkaitan.
Sudut herot yang tidak dijangka sebanyak 0.93 ± 0.01, yang 15% lebih kecil daripada "Magic Angle" yang ditetapkan, juga merupakan yang terkecil yang dilaporkan setakat ini dan mempamerkan sifat superkonduktor. Keputusan ini menunjukkan bahawa keadaan korelasi baharu boleh muncul dalam grafena dwilapisan berpintal "Magic Angle", lebih rendah daripada "sudut ajaib" utama, di luar jalur mikro pertama grafena. Untuk membina peranti grafena dwilapisan berpintal "magic horn" ini, pasukan menggunakan pendekatan "koyak dan susun". Struktur antara lapisan boron nitrida (BN) heksagon dienkapsulasi; dicorak menjadi geometri rod Hall dengan berbilang wayar yang digandingkan pada sentuhan tepi Cr/Au (kromium/emas). Keseluruhan peranti grafena dwilapisan berpintal "Magic Angle" telah dibuat di atas lapisan grafena yang digunakan sebagai pintu belakang.
Para saintis menggunakan teknik penguncian arus terus (DC) dan arus ulang-alik (AC) standard untuk mengukur peranti dalam kriostat HE4 dan HE3 yang dipam. Pasukan ini merekodkan hubungan antara rintangan membujur peranti (Rxx) dan julat voltan get lanjutan (VG) dan mengira medan magnet B pada suhu 1.7K. Asimetri lubang elektron kecil diperhatikan sebagai sifat semula jadi peranti grafena dwilapisan berpintal "Magic Angle". Seperti yang diperhatikan dalam laporan terdahulu, pasukan tersebut merekodkan keputusan ini dan memperincikan laporan yang telah menjadi superkonduktor setakat ini. Ciri "Magic Angle" memutarkan sudut kilasan minimum peranti grafena dwilapisan. Dengan pemeriksaan carta kipas Landau yang lebih dekat, para penyelidik memperoleh beberapa ciri penting.
Contohnya, puncak pada separuh isian dan degenerasi dua kali ganda aras Landau adalah konsisten dengan keadaan penebat seperti Momen yang diperhatikan sebelum ini. Pasukan ini menunjukkan pemecahan dalam simetri lembah spin anggaran SU(4) dan pembentukan permukaan Fermi kuasi-zarah baharu. Walau bagaimanapun, butirannya memerlukan pemeriksaan yang lebih terperinci. Kemunculan superkonduktiviti juga diperhatikan, yang meningkatkan Rxx (rintangan membujur), serupa dengan kajian terdahulu. Pasukan kemudian memeriksa suhu kritikal (Tc) fasa superkonduktor. Memandangkan tiada data diperoleh untuk doping optimum superkonduktor dalam sampel ini, saintis mengandaikan suhu kritikal sehingga 0.5K. Walau bagaimanapun, peranti ini menjadi tidak berkesan sehingga ia dapat memperoleh data yang jelas daripada keadaan superkonduktor. Untuk menyiasat lebih lanjut keadaan superkonduktor, penyelidik mengukur ciri-ciri arus voltan (VI) empat terminal peranti pada ketumpatan pembawa yang berbeza.
Rintangan yang diperoleh menunjukkan bahawa arus lampau diperhatikan pada julat ketumpatan yang lebih besar dan menunjukkan penindasan arus lampau apabila medan magnet selari dikenakan. Untuk mendapatkan gambaran tentang tingkah laku yang diperhatikan dalam kajian ini, para penyelidik mengira struktur jalur Moir bagi peranti grafena dwilapisan berpintal "Magic Angle" menggunakan model Bistritzer-MacDonald dan parameter yang dipertingkatkan. Berbanding dengan pengiraan sudut "Magic Angle" sebelumnya, jalur Moire tenaga rendah yang dikira tidak diasingkan daripada jalur tenaga tinggi. Walaupun sudut putar peranti lebih kecil daripada sudut "sudut ajaib" yang dikira di tempat lain, peranti ini mempunyai fenomena yang sangat berkaitan dengan kajian terdahulu (penebat Mort dan superkonduktiviti), yang didapati oleh ahli fizik tidak dijangka dan boleh dilaksanakan.
Selepas menilai lebih lanjut tingkah laku pada ketumpatan yang besar (bilangan keadaan yang tersedia pada setiap tenaga), ciri-ciri yang diperhatikan oleh saintis dikaitkan dengan keadaan penebat berkaitan yang baru muncul. Pada masa hadapan, kajian yang lebih terperinci tentang ketumpatan keadaan (DOS) akan dijalankan untuk memahami keadaan penebat yang ganjil dan untuk menentukan sama ada ia boleh dikelaskan sebagai cecair spin kuantum. Dengan cara ini, saintis memerhatikan superkonduktiviti berhampiran keadaan penebat seperti Mox dalam peranti grafena dwilapisan berpintal dengan sudut putaran kecil (0.93°). Kajian ini menunjukkan bahawa walaupun pada sudut kecil dan ketumpatan yang tinggi, kesan korelasi elektron pada sifat moiré adalah sama. Pada masa hadapan, lembah spin fasa penebat akan dikaji, dan fasa superkonduktor baharu akan dikaji pada suhu yang lebih rendah. Penyelidikan eksperimen akan digabungkan dengan usaha teori untuk memahami asal usul tingkah laku ini.
Masa siaran: 8 Okt-2019