L-imġiba tal-istrixxi ta' Mohr u ċ-ċinturini ċatti fix-xjenza u l-fiżika kwantistika msejħa "Magic Angle" twisted bilayer graphene (TBLG) ġibdet interess kbir mix-xjenzati, għalkemm ħafna proprjetajiet qed jiffaċċjaw dibattitu jaħraq. Fi studju ġdid ippubblikat fil-ġurnal Science Progress, Emilio Colledo u xjentisti fid-Dipartiment tal-Fiżika u x-Xjenza tal-Materjali fl-Istati Uniti u l-Ġappun osservaw superkonduttività u analoġija fil-mibrum bilayer graphene. L-istat iżolatur Mott għandu angolu ta' tidwir ta' madwar 0.93 gradi. Dan l-angolu huwa 15% iżgħar mill-angolu tal-"angolu maġiku" (1.1°) ikkalkulat fl-istudju preċedenti. Dan l-istudju juri li l-firxa tal-"angolu maġiku" tal-mibrum bilayer graphene hija akbar milli kien mistenni qabel.
Dan l-istudju jipprovdi għadd kbir ta’ informazzjoni ġdida biex wieħed jifhem il-fenomeni kwantistiċi qawwija fil-grafene b’saff doppju mibrum għal applikazzjonijiet fil-fiżika kwantistika. Il-fiżiċi jiddefinixxu t-“Twistronics” bħala l-angolu relattiv tat-tidwir bejn saffi ta’ van der Waals biswit xulxin biex jipproduċu faxex moiré u ċatti fil-grafene. Dan il-kunċett sar metodu ġdid u uniku biex jinbidlu u jiġu personalizzati b’mod sinifikanti l-proprjetajiet tal-apparat ibbażati fuq materjali bidimensjonali biex jinkiseb fluss tal-kurrent. L-effett notevoli tat-“Twistronics” ġie eżemplifikat fix-xogħol pijunier tar-riċerkaturi, li juri li meta żewġ saffi tal-grafene b’saff wieħed ikunu f’munzelli f’angolu ta’ tidwir b’“angolu maġiku” ta’ θ=1.1±0.1°, tidher faxxa ċatta ħafna.
F'dan l-istudju, fil-grafene b'saff doppju mibrum (TBLG), il-fażi iżolanti tal-ewwel mikrostrixxa (karatteristika strutturali) tas-superkannizzata fl-"angolu maġiku" kienet semi-mimlija. It-tim tar-riċerka ddetermina li dan huwa iżolatur Mott (iżolatur bi proprjetajiet superkonduttivi) li juri superkonduttività f'livelli ta' doping kemxejn ogħla u aktar baxxi. Id-dijagramma tal-fażi turi s-superkonduttur f'temperatura għolja bejn it-temperatura ta' transizzjoni superkonduttiva (Tc) u t-temperatura ta' Fermi (Tf). Din ir-riċerka wasslet għal interess kbir u dibattitu teoretiku dwar l-istruttura tal-faxxa tal-grafene, it-topoloġija u sistemi addizzjonali ta' semikondutturi "Angolu Maġiku". Meta mqabbla mar-rapport teoretiku oriġinali, ir-riċerka sperimentali hija rari u għadha kemm bdiet. F'dan l-istudju, it-tim wettaq kejl tat-trażmissjoni fuq il-grafene b'saff doppju mibrum "angolu maġiku" li juri l-istati iżolanti u superkonduttivi rilevanti.
Angolu distort b'mod mhux mistenni ta' 0.93 ± 0.01, li huwa 15% iżgħar mill-"Angolu Maġiku" stabbilit, huwa wkoll l-iżgħar irrappurtat sal-lum u juri proprjetajiet superkonduttivi. Dawn ir-riżultati jindikaw li l-istat il-ġdid ta' korrelazzjoni jista' jidher fil-grafene b'saff doppju mibrum "Angolu Maġiku", aktar baxx mill-"angolu maġiku" primarju, lil hinn mill-ewwel mikrostrixxa tal-grafene. Biex jibnu dawn l-apparati tal-grafene b'saff doppju mibrum "qrun maġiku", it-tim uża approċċ ta' "qasma u munzell". L-istruttura bejn is-saffi eżagonali tan-nitrur tal-boron (BN) hija inkapsulata; immudellata f'ġeometrija ta' virga Hall b'wajers multipli akkoppjati ma' kuntatti tat-tarf Cr/Au (kromju/deheb). L-apparat kollu tal-grafene b'saff doppju mibrum "Angolu Maġiku" ġie fabbrikat fuq is-saff tal-grafene użat bħala l-bieb ta' wara.
Ix-xjentisti jużaw tekniki standard ta' qfil ta' kurrent dirett (DC) u kurrent alternanti (AC) biex ikejlu apparati fi krijostati HE4 u HE3 ippumpjati. It-tim irreġistra r-relazzjoni bejn ir-reżistenza lonġitudinali tal-apparat (Rxx) u l-medda estiża tal-vultaġġ tal-bieb (VG) u kkalkula l-kamp manjetiku B f'temperatura ta' 1.7K. L-assimetrija żgħira bejn l-elettroni u t-toqob ġiet osservata bħala proprjetà inerenti tal-apparat tal-grafene b'saff doppju mibrum "Magic Angle". Kif osservat f'rapporti preċedenti, it-tim irreġistra dawn ir-riżultati u ddettalja r-rapporti li kienu superkonduttivi s'issa. Il-karatteristika "Magic Angle" iddawwar l-angolu minimu ta' torsjoni tal-apparat tal-grafene b'saff doppju. B'eżami aktar mill-qrib taċ-ċart tal-fann ta' Landau, ir-riċerkaturi kisbu xi karatteristiċi notevoli.
Pereżempju, il-quċċata f'nofs il-mili u d-deġenerazzjoni doppja tal-livell ta' Landau huma konsistenti mal-istati ta' insulazzjoni simili għal Moment osservati qabel. It-tim wera ksur fis-simetrija tal-wied approssimattiv tal-ispin SU(4) u l-formazzjoni ta' wiċċ Fermi kważi-partiċella ġdid. Madankollu, id-dettalji jeħtieġu spezzjoni aktar dettaljata. Ġiet osservata wkoll id-dehra ta' superkonduttività, li żiedet Rxx (reżistenza lonġitudinali), simili għal studji preċedenti. It-tim imbagħad eżamina t-temperatura kritika (Tc) tal-fażi superkonduttiva. Peress li ma nkisbet l-ebda dejta għad-doping ottimali tas-superkondutturi f'dan il-kampjun, ix-xjentisti assumew temperatura kritika sa 0.5K. Madankollu, dawn l-apparati jsiru ineffettivi sakemm ma jkunux jistgħu jiksbu dejta ċara mill-istat superkonduttiv. Biex jinvestigaw aktar l-istat superkonduttiv, ir-riċerkaturi kejlu l-karatteristiċi tal-vultaġġ-kurrent (VI) b'erba' terminali tal-apparat f'densitajiet ta' trasportaturi differenti.
Ir-reżistenza miksuba turi li s-superkurrent huwa osservat fuq medda ta' densità akbar u turi s-soppressjoni tas-superkurrent meta jiġi applikat kamp manjetiku parallel. Biex jiksbu għarfien dwar l-imġiba osservata fl-istudju, ir-riċerkaturi kkalkulaw l-istruttura tal-medda Moir tal-apparat tal-grafene b'saff doppju mibrum "Magic Angle" bl-użu tal-mudell Bistritzer-MacDonald u parametri mtejba. Meta mqabbel mal-kalkolu preċedenti tal-angolu "Magic Angle", il-medda Moir ta' enerġija baxxa kkalkulata mhijiex iżolata mill-medda ta' enerġija għolja. Għalkemm l-angolu tat-tidwir tal-apparat huwa iżgħar mill-angolu "magic angle" kkalkulat x'imkien ieħor, l-apparat għandu fenomenu li huwa relatat ħafna ma' studji preċedenti (insulazzjoni Mort u superkonduttività), li l-fiżiċi sabu li huwa mhux mistenni u fattibbli.
Wara aktar evalwazzjoni tal-imġiba f'densitajiet kbar (in-numru ta' stati disponibbli fuq kull enerġija), il-karatteristiċi osservati mix-xjentisti huma attribwiti lill-istati ta' insulazzjoni assoċjati li għadhom kif ħarġu. Fil-futur, se jsir studju aktar dettaljat tad-densità tal-istati (DOS) biex jinftiehem l-istat fard tal-insulazzjoni u biex jiġi determinat jekk jistgħux jiġu kklassifikati bħala likwidi ta' spin kwantistiku. B'dan il-mod, ix-xjentisti osservaw superkonduttività qrib l-istat ta' insulazzjoni simili għal Mox f'apparat tal-grafene b'saff doppju mibrum b'angolu żgħir ta' tidwir (0.93°). Dan l-istudju juri li anke f'angoli żgħar u densitajiet għoljin bħal dawn, l-effett tal-korrelazzjoni tal-elettroni fuq il-proprjetajiet tal-moiré huwa l-istess. Fil-futur, se jiġu studjati l-widien tal-ispin tal-fażi iżolanti, u se tiġi studjata fażi superkonduttiva ġdida f'temperatura aktar baxxa. Ir-riċerka sperimentali se tiġi kkombinata ma' sforzi teoretiċi biex tinftiehem l-oriġini ta' din l-imġiba.
Ħin tal-pubblikazzjoni: 08 ta' Ottubru 2019