Tabia ya mikanda ya Mohr na mikanda tambarare katika sayansi ya sayansi na fizikia ya kwantumu inayoitwa "Magic Angle" twisted bilayer graphene (TBLG) imevutia shauku kubwa kutoka kwa wanasayansi, ingawa sifa nyingi zinakabiliwa na mjadala mkali. Katika utafiti mpya uliochapishwa katika jarida la Science Progress, Emilio Colledo na wanasayansi katika Idara ya Fizikia na Sayansi ya Vifaa nchini Marekani na Japani waliona superconductivity na mlinganisho katika twisted bilayer graphene. Hali ya kihami cha Mott ina pembe ya twist ya takriban digrii 0.93. Pembe hii ni ndogo kwa 15% kuliko pembe ya "magic angle" (1.1°) iliyohesabiwa katika utafiti uliopita. Utafiti huu unaonyesha kwamba safu ya "magic angle" ya twisted bilayer graphene ni kubwa kuliko ilivyotarajiwa hapo awali.
Utafiti huu unatoa taarifa nyingi mpya kwa ajili ya kufafanua matukio yenye nguvu ya quantum katika graphene ya tabaka mbili iliyosokotwa kwa matumizi katika fizikia ya quantum. Wanafizikia hufafanua "Twistroniki" kama pembe ya mkunjo kati ya tabaka za van der Waals zilizo karibu ili kutoa bendi za moiré na bapa katika graphene. Wazo hili limekuwa njia mpya na ya kipekee ya kubadilisha kwa kiasi kikubwa na kubinafsisha sifa za kifaa kulingana na nyenzo zenye pande mbili ili kufikia mtiririko wa mkondo. Athari ya ajabu ya "Twistroniki" ilionyeshwa katika kazi ya waanzilishi ya watafiti, ikionyesha kwamba wakati tabaka mbili za graphene zenye safu moja zinaporundikwa kwenye pembe ya mkunjo ya "pembe ya uchawi" ya θ=1.1±0.1°, bendi bapa sana inaonekana.
Katika utafiti huu, katika grafini ya tabaka mbili iliyosokotwa (TBLG), awamu ya kuhami joto ya mikrostrip ya kwanza (kipengele cha kimuundo) ya superlattice kwenye "pembe ya uchawi" ilikuwa imejazwa nusu. Timu ya utafiti iliamua kwamba hii ni kihami joto cha Mott (kihami joto chenye sifa za superconducting) kinachoonyesha superconductivity katika viwango vya juu kidogo na vya chini vya doping. Mchoro wa awamu unaonyesha superconductor ya halijoto ya juu kati ya halijoto ya mpito ya superconducting (Tc) na halijoto ya Fermi (Tf). Utafiti huu ulisababisha shauku kubwa na mjadala wa kinadharia kuhusu muundo wa bendi ya graphene, topolojia na mifumo ya ziada ya semiconductor ya "Magic Angle". Ikilinganishwa na ripoti ya awali ya kinadharia, utafiti wa majaribio ni nadra na umeanza tu. Katika utafiti huu, timu ilifanya vipimo vya upitishaji kwenye grafini ya tabaka mbili iliyosokotwa ya "pembe ya uchawi" ikionyesha hali husika za kuhami joto na superconducting.
Pembe iliyopotoka bila kutarajia ya 0.93 ± 0.01, ambayo ni ndogo kwa 15% kuliko "Angle ya Uchawi" iliyoanzishwa, pia ndiyo ndogo zaidi iliyoripotiwa hadi sasa na inaonyesha sifa za superconducting. Matokeo haya yanaonyesha kuwa hali mpya ya uwiano inaweza kuonekana katika graphene ya safu mbili iliyosokotwa ya "Angle ya Uchawi", chini ya "angle ya uchawi" ya msingi, zaidi ya ukanda wa kwanza wa graphene. Ili kujenga vifaa hivi vya graphene ya safu mbili iliyosokotwa ya "pembe ya uchawi", timu ilitumia mbinu ya "kurarua na kurundika". Muundo kati ya tabaka za hexagonal boron nitride (BN) umefunikwa; umeundwa katika jiometri ya fimbo ya Hall yenye waya nyingi zilizounganishwa na miguso ya ukingo wa Cr/Au (chromium/gold). Kifaa kizima cha graphene ya safu mbili iliyosokotwa ya "Angle ya Uchawi" kilitengenezwa juu ya safu ya graphene iliyotumika kama lango la nyuma.
Wanasayansi hutumia mbinu za kawaida za kufunga mkondo wa moja kwa moja (DC) na mkondo mbadala (AC) kupima vifaa katika HE4 na HE3 cryostats zilizosukumwa. Timu ilirekodi uhusiano kati ya upinzani wa longitudinal wa kifaa (Rxx) na kiwango cha volteji ya lango lililopanuliwa (VG) na kuhesabu uwanja wa sumaku B kwa halijoto ya 1.7K. Ulinganifu mdogo wa elektroni-shimo ulizingatiwa kuwa sifa ya asili ya kifaa cha graphene kilichosokotwa cha safu mbili za "Magic Angle". Kama ilivyoonekana katika ripoti zilizopita, timu ilirekodi matokeo haya na kueleza ripoti ambazo zimekuwa zikiongoza hadi sasa. "Magic Angle" ya sifa hupotosha pembe ya chini kabisa ya msokoto wa kifaa cha graphene cha safu mbili. Kwa uchunguzi wa karibu wa chati ya shabiki ya Landau, watafiti walipata vipengele muhimu.
Kwa mfano, kilele cha kujaza nusu na kuzorota mara mbili kwa kiwango cha Landau vinaendana na hali za insulation zinazofanana na za Moment zilizoonekana hapo awali. Timu ilionyesha mapumziko katika ulinganifu wa takriban bonde la spin SU(4) na uundaji wa uso mpya wa chembe chembe za Fermi. Hata hivyo, maelezo yanahitaji ukaguzi wa kina zaidi. Muonekano wa superconductivity pia ulionekana, ambao uliongeza Rxx (upinzani wa longitudinal), sawa na tafiti zilizopita. Timu kisha ikachunguza halijoto muhimu (Tc) ya awamu ya superconductor. Kwa kuwa hakuna data iliyopatikana kwa ajili ya doping bora ya superconductors katika sampuli hii, wanasayansi walidhani halijoto muhimu ya hadi 0.5K. Hata hivyo, vifaa hivi havifanyi kazi hadi viweze kupata data wazi kutoka kwa hali ya superconductor. Ili kuchunguza zaidi hali ya superconductor, watafiti walipima sifa za voltage-current (VI) za kifaa katika msongamano tofauti wa wabebaji.
Upinzani uliopatikana unaonyesha kwamba mkondo mkuu huzingatiwa katika kiwango kikubwa cha msongamano na unaonyesha kukandamizwa kwa mkondo mkuu wakati uwanja wa sumaku sambamba unatumika. Ili kupata ufahamu kuhusu tabia iliyoonekana katika utafiti, watafiti walihesabu muundo wa bendi ya Moir wa kifaa cha graphene kilichosokotwa cha safu mbili cha "Magic Angle" kwa kutumia modeli ya Bistritzer-MacDonald na vigezo vilivyoboreshwa. Ikilinganishwa na hesabu ya awali ya pembe ya "Magic Angle", bendi ya Moire yenye nishati ya chini iliyohesabiwa haijatengwa kutoka kwa bendi ya nishati ya juu. Ingawa pembe ya kusokotwa ya kifaa ni ndogo kuliko pembe ya "magic angle" iliyohesabiwa kwingineko, kifaa hicho kina jambo ambalo linahusiana sana na tafiti za awali (Mort insulation na superconductivity), ambalo wanafizikia waligundua kuwa halikutarajiwa na linawezekana.
Baada ya kutathmini zaidi tabia hiyo katika msongamano mkubwa (idadi ya hali zinazopatikana kwa kila nishati), sifa zinazoonekana na wanasayansi zinahusishwa na hali mpya za insulation zinazohusiana. Katika siku zijazo, utafiti wa kina zaidi wa msongamano wa hali (DOS) utafanywa ili kuelewa hali isiyo ya kawaida ya insulation na kubaini kama zinaweza kuainishwa kama vimiminika vya mzunguko wa quantum. Kwa njia hii, wanasayansi waliona superconductivity karibu na hali ya insulation inayofanana na Mox katika kifaa cha graphene kilichopotoka cha safu mbili chenye pembe ndogo ya kupotosha (0.93°). Utafiti huu unaonyesha kwamba hata katika pembe ndogo na msongamano mkubwa, athari ya uwiano wa elektroni kwenye sifa za moiré ni sawa. Katika siku zijazo, mabonde ya mzunguko wa awamu ya insulation yatasomwa, na awamu mpya ya superconductor itasomwa kwa halijoto ya chini. Utafiti wa majaribio utaunganishwa na juhudi za kinadharia ili kuelewa asili ya tabia hii.
Muda wa chapisho: Oktoba-08-2019