Sjellja e vijave të Mohr-it dhe rripave të sheshtë në shkencën e shkencës dhe fizikës kuantike të quajtur "Grafene dyshtresore e përdredhur me kënd magjik" (TBLG) ka tërhequr interes të madh nga shkencëtarët, megjithëse shumë veti përballen me debate të nxehta. Në një studim të ri të botuar në revistën Science Progress, Emilio Colledo dhe shkencëtarët në Departamentin e Fizikës dhe Shkencës së Materialeve në Shtetet e Bashkuara dhe Japoni vëzhguan superpërçueshmërinë dhe analogjinë në grafene të përdredhur me dy shtresa. Gjendja izoluese e Mott-it ka një kënd përdredhjeje prej rreth 0.93 gradë. Ky kënd është 15% më i vogël se këndi i "këndit magjik" (1.1°) i llogaritur në studimin e mëparshëm. Ky studim tregon se diapazoni i "këndit magjik" të grafene të përdredhur me dy shtresa është më i madh se sa pritej më parë.
Ky studim ofron një mori informacionesh të reja për deshifrimin e fenomeneve të forta kuantike në grafenin e dyfishtë të përdredhur për aplikime në fizikën kuantike. Fizikanët e përcaktojnë "Twistronics" si këndin relativ të përdredhjes midis shtresave ngjitur van der Waals për të prodhuar breza moiré dhe të sheshtë në grafen. Ky koncept është bërë një metodë e re dhe unike për ndryshimin dhe personalizimin e ndjeshëm të vetive të pajisjes bazuar në materiale dy-dimensionale për të arritur rrjedhën e rrymës. Efekti i jashtëzakonshëm i "Twistronics" u ilustrua në punën pioniere të studiuesve, duke demonstruar se kur dy shtresa grafeni me një shtresë grumbullohen në një kënd përdredhjeje "këndi magjik" prej θ=1.1±0.1°, shfaqet një brez shumë i sheshtë.
Në këtë studim, në grafenin e dyfishtë të përdredhur (TBLG), faza izoluese e mikroshiritit të parë (karakteristikë strukturore) të superrrjetës në "këndin magjik" ishte gjysmë e mbushur. Ekipi i kërkimit përcaktoi se ky është një izolator Mott (një izolator me veti superpërçuese) që shfaq superpërçueshmëri në nivele dopingu pak më të larta dhe pak më të ulëta. Diagrama e fazës tregon superpërçuesin e temperaturës së lartë midis temperaturës së tranzicionit superpërçues (Tc) dhe temperaturës Fermi (Tf). Ky kërkim çoi në interes të madh dhe debat teorik mbi strukturën e brezit të grafenit, topologjinë dhe sistemet shtesë gjysmëpërçuese "Këndi Magjik". Krahasuar me raportin teorik origjinal, kërkimi eksperimental është i rrallë dhe sapo ka filluar. Në këtë studim, ekipi kreu matje transmetimi në grafenin e dyfishtë të përdredhur "këndi magjik" duke treguar gjendjet përkatëse izoluese dhe superpërçuese.
Një kënd i shtrembëruar në mënyrë të papritur prej 0.93 ± 0.01, i cili është 15% më i vogël se "Këndi Magjik" i përcaktuar, është gjithashtu më i vogli i raportuar deri më sot dhe shfaq veti superpërçuese. Këto rezultate tregojnë se gjendja e re e korrelacionit mund të shfaqet në grafenin e dyfishtë të përdredhur "Këndi Magjik", më poshtë se "këndi magjik" primar, përtej mikroshiritit të parë të grafenit. Për të ndërtuar këto pajisje grafeni të dyfishtë të përdredhur "briri magjik", ekipi përdori një qasje "gris dhe grumbullo". Struktura midis shtresave gjashtëkëndore të nitritit të borit (BN) është e kapsuluar; e modeluar në një gjeometri shufre Hall me tela të shumëfishta të lidhura me kontaktet skajore Cr/Au (krom/ari). I gjithë pajisja e grafenit të dyfishtë të përdredhur "Këndi Magjik" u prodhua sipër shtresës së grafenit të përdorur si portë e pasme.
Shkencëtarët përdorin teknika standarde të kyçjes së rrymës së vazhdueshme (DC) dhe rrymës alternative (AC) për të matur pajisjet në kriostatet HE4 dhe HE3 të pompuara. Ekipi regjistroi marrëdhënien midis rezistencës gjatësore (Rxx) të pajisjes dhe diapazonit të tensionit të zgjeruar të portës (VG) dhe llogariti fushën magnetike B në një temperaturë prej 1.7K. Asimetria e vogël e vrimës së elektronit u vu re të ishte një veti e natyrshme e pajisjes së grafenit të dyfishtë të përdredhur "Këndi Magjik". Siç është vërejtur në raportet e mëparshme, ekipi regjistroi këto rezultate dhe detajoi raportet që kanë qenë superpërçuese deri më tani. "Këndi Magjik" karakteristik përdredh këndin minimal të përdredhjes së pajisjes së grafenit të dyfishtë. Me një shqyrtim më të afërt të grafikut të ventilatorit Landau, studiuesit fituan disa karakteristika të dukshme.
Për shembull, maja në gjysmën e mbushjes dhe degjenerimi i dyfishtë i nivelit Landau janë në përputhje me gjendjet izoluese të ngjashme me momentet e vëzhguara më parë. Ekipi tregoi një thyerje në simetrinë e luginës së përafërt të spinit SU(4) dhe formimin e një sipërfaqeje të re Fermi kuazi-grimcë. Megjithatë, detajet kërkojnë një inspektim më të detajuar. U vu re edhe shfaqja e superpërçueshmërisë, e cila rriti Rxx (rezistencën gjatësore), ngjashëm me studimet e mëparshme. Ekipi më pas shqyrtoi temperaturën kritike (Tc) të fazës superpërçuese. Meqenëse nuk u morën të dhëna për dopingun optimal të superpërçuesve në këtë mostër, shkencëtarët supozuan një temperaturë kritike deri në 0.5K. Megjithatë, këto pajisje bëhen joefektive derisa të jenë në gjendje të marrin të dhëna të qarta nga gjendja superpërçuese. Për të hetuar më tej gjendjen superpërçuese, studiuesit matën karakteristikat e tensionit-rrymës (VI) me katër terminale të pajisjes në dendësi të ndryshme bartëse.
Rezistenca e përftuar tregon se superrryma vërehet në një gamë më të madhe dendësie dhe tregon shtypjen e superrrymës kur aplikohet një fushë magnetike paralele. Për të marrë një pasqyrë të sjelljes së vëzhguar në studim, studiuesit llogaritën strukturën e brezit Moir të pajisjes së grafenit të dyfishtë të përdredhur "Këndi Magjik" duke përdorur modelin Bistritzer-MacDonald dhe parametra të përmirësuar. Krahasuar me llogaritjen e mëparshme të këndit "Këndi Magjik", brezi Moire i llogaritur me energji të ulët nuk është i izoluar nga brezi i energjisë së lartë. Megjithëse këndi i përdredhjes së pajisjes është më i vogël se këndi i "këndit magjik" i llogaritur diku tjetër, pajisja ka një fenomen që lidhet fort me studimet e mëparshme (izolimi Mort dhe superpërçueshmëria), të cilin fizikantët e gjetën të papritur dhe të realizueshëm.
Pas vlerësimit të mëtejshëm të sjelljes në dendësi të mëdha (numri i gjendjeve të disponueshme në secilën energji), karakteristikat e vëzhguara nga shkencëtarët i atribuohen gjendjeve të reja të izolimit të shoqëruara. Në të ardhmen, do të kryhet një studim më i detajuar i dendësisë së gjendjeve (DOS) për të kuptuar gjendjen e çuditshme të izolimit dhe për të përcaktuar nëse ato mund të klasifikohen si lëngje me spin kuantik. Në këtë mënyrë, shkencëtarët vëzhguan superpërçueshmërinë pranë gjendjes izoluese të ngjashme me Mox në një pajisje grafeni të dyfishtë të përdredhur me një kënd të vogël përdredhjeje (0.93°). Ky studim tregon se edhe në kënde kaq të vogla dhe dendësi të larta, efekti i korrelacionit të elektroneve në vetitë e moiré është i njëjtë. Në të ardhmen, do të studiohen luginat e spinit të fazës izoluese dhe një fazë e re superpërçuese do të studiohet në një temperaturë më të ulët. Hulumtimi eksperimental do të kombinohet me përpjekjet teorike për të kuptuar origjinën e kësaj sjelljeje.
Koha e postimit: 08 tetor 2019