గ్రాఫేన్ సూపర్‌కండక్టివిటీ మరింత ఆకర్షణీయంగా ఉంది! తాజా ఆవిష్కరణ: గ్రాఫేన్‌లో “మ్యాజిక్ యాంగిల్” పరిధి ఊహించిన దానికంటే పెద్దది

విజ్ఞాన శాస్త్రం మరియు క్వాంటం భౌతిక శాస్త్రంలో "మ్యాజిక్ యాంగిల్" ట్విస్టెడ్ బైలేయర్ గ్రాఫేన్ (TBLG) అని పిలువబడే మోర్ స్ట్రైప్స్ మరియు ఫ్లాట్ బెల్ట్స్ యొక్క ప్రవర్తన, దాని అనేక లక్షణాలు తీవ్రమైన చర్చను ఎదుర్కొంటున్నప్పటికీ, శాస్త్రవేత్తల నుండి గొప్ప ఆసక్తిని ఆకర్షించింది. సైన్స్ ప్రోగ్రెస్ జర్నల్‌లో ప్రచురించబడిన ఒక కొత్త అధ్యయనంలో, యునైటెడ్ స్టేట్స్ మరియు జపాన్‌లోని ఫిజిక్స్ మరియు మెటీరియల్స్ సైన్స్ విభాగాలకు చెందిన ఎమిలియో కొల్లెడో మరియు శాస్త్రవేత్తలు ట్విస్టెడ్ బైలేయర్ గ్రాఫేన్‌లో సూపర్‌కండక్టివిటీ మరియు సారూప్యతను గమనించారు. మోట్ ఇన్సులేటర్ స్థితి సుమారు 0.93 డిగ్రీల ట్విస్ట్ యాంగిల్‌ను కలిగి ఉంది. ఈ కోణం, మునుపటి అధ్యయనంలో లెక్కించిన "మ్యాజిక్ యాంగిల్" కోణం (1.1°) కంటే 15% తక్కువ. ట్విస్టెడ్ బైలేయర్ గ్రాఫేన్ యొక్క "మ్యాజిక్ యాంగిల్" పరిధి గతంలో ఊహించిన దాని కంటే పెద్దదని ఈ అధ్యయనం చూపిస్తుంది.

క్వాంటం భౌతిక శాస్త్ర అనువర్తనాల కోసం, మెలితిప్పిన ద్విపొర గ్రాఫేన్‌లోని బలమైన క్వాంటం దృగ్విషయాలను విశ్లేషించడానికి ఈ అధ్యయనం విస్తారమైన కొత్త సమాచారాన్ని అందిస్తుంది. భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు గ్రాఫేన్‌లో మోయిరే మరియు ఫ్లాట్ బ్యాండ్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి, ప్రక్క ప్రక్కన ఉన్న వాన్ డెర్ వాల్స్ పొరల మధ్య ఉండే సాపేక్ష మెలితిప్పు కోణాన్ని "ట్విస్ట్రానిక్స్"గా నిర్వచిస్తారు. విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని సాధించడానికి ద్విమితీయ పదార్థాల ఆధారంగా పరికర లక్షణాలను గణనీయంగా మార్చడానికి మరియు అనుకూలీకరించడానికి ఈ భావన ఒక కొత్త మరియు విశిష్టమైన పద్ధతిగా మారింది. "ట్విస్ట్రానిక్స్" యొక్క అద్భుతమైన ప్రభావాన్ని పరిశోధకుల మార్గదర్శక కృషిలో ఉదాహరణగా చూపించారు. రెండు ఏకపొర గ్రాఫేన్ పొరలను θ=1.1±0.1° అనే "మ్యాజిక్ యాంగిల్" మెలితిప్పు కోణంలో పేర్చినప్పుడు, చాలా ఫ్లాట్ బ్యాండ్ కనిపిస్తుందని వారు నిరూపించారు.

ఈ అధ్యయనంలో, మెలితిరిగిన ద్విపొర గ్రాఫేన్ (TBLG)లో, "మ్యాజిక్ యాంగిల్" వద్ద ఉన్న సూపర్‌లాటిస్ యొక్క మొదటి మైక్రోస్ట్రిప్ (నిర్మాణ లక్షణం) యొక్క ఇన్సులేటింగ్ దశ పాక్షికంగా నిండి ఉంది. ఇది కొద్దిగా ఎక్కువ మరియు తక్కువ డోపింగ్ స్థాయిలలో సూపర్‌కండక్టివిటీని ప్రదర్శించే ఒక మోట్ ఇన్సులేటర్ (సూపర్‌కండక్టింగ్ లక్షణాలు కలిగిన ఒక ఇన్సులేటర్) అని పరిశోధన బృందం నిర్ధారించింది. ఫేజ్ డయాగ్రమ్, సూపర్‌కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత (Tc) మరియు ఫెర్మీ ఉష్ణోగ్రత (Tf) మధ్య ఉన్న అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్‌కండక్టర్‌ను చూపిస్తుంది. ఈ పరిశోధన గ్రాఫేన్ బ్యాండ్ నిర్మాణం, టోపాలజీ మరియు అదనపు "మ్యాజిక్ యాంగిల్" సెమీకండక్టర్ వ్యవస్థలపై గొప్ప ఆసక్తికి మరియు సైద్ధాంతిక చర్చకు దారితీసింది. అసలు సైద్ధాంతిక నివేదికతో పోలిస్తే, ప్రయోగాత్మక పరిశోధన చాలా అరుదు మరియు ఇప్పుడే ప్రారంభమైంది. ఈ అధ్యయనంలో, బృందం సంబంధిత ఇన్సులేటింగ్ మరియు సూపర్‌కండక్టింగ్ స్థితులను చూపే "మ్యాజిక్ యాంగిల్" మెలితిరిగిన ద్విపొర గ్రాఫేన్‌పై ట్రాన్స్‌మిషన్ కొలతలను నిర్వహించింది.

0.93 ± 0.01 యొక్క ఊహించని వక్రీకరించిన కోణం, ఇది స్థిరపడిన “మ్యాజిక్ యాంగిల్” కంటే 15% చిన్నది, ఇప్పటి వరకు నివేదించబడిన వాటిలోకెల్లా అతి చిన్నది మరియు సూపర్‌కండక్టింగ్ లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తుంది. ఈ ఫలితాలు, గ్రాఫేన్ యొక్క మొదటి మైక్రోస్ట్రిప్‌కు ఆవల, ప్రాథమిక “మ్యాజిక్ యాంగిల్” కంటే తక్కువగా, “మ్యాజిక్ యాంగిల్” ట్విస్టెడ్ బైలేయర్ గ్రాఫేన్‌లో కొత్త కోరిలేషన్ స్టేట్ కనిపించగలదని సూచిస్తున్నాయి. ఈ “మ్యాజిక్ హార్న్” ట్విస్టెడ్ బైలేయర్ గ్రాఫేన్ పరికరాలను నిర్మించడానికి, బృందం “టియర్ అండ్ స్టాక్” విధానాన్ని ఉపయోగించింది. షడ్భుజాకార బోరాన్ నైట్రైడ్ (BN) పొరల మధ్య ఉన్న నిర్మాణం ఎన్‌క్యాప్సులేట్ చేయబడింది; Cr/Au (క్రోమియం/బంగారం) ఎడ్జ్ కాంటాక్ట్‌లకు అనుసంధానించబడిన బహుళ వైర్‌లతో హాల్ రాడ్ జ్యామితిగా నమూనా చేయబడింది. మొత్తం “మ్యాజిక్ యాంగిల్” ట్విస్టెడ్ బైలేయర్ గ్రాఫేన్ పరికరం, బ్యాక్ గేట్‌గా ఉపయోగించిన గ్రాఫేన్ పొరపై నిర్మించబడింది.

శాస్త్రవేత్తలు పంప్ చేయబడిన HE4 మరియు HE3 క్రయోస్టాట్‌లలోని పరికరాలను కొలవడానికి ప్రామాణిక డైరెక్ట్ కరెంట్ (DC) మరియు ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్ (AC) లాకింగ్ టెక్నిక్‌లను ఉపయోగిస్తారు. ఈ బృందం పరికరం యొక్క రేఖాంశ నిరోధకత (Rxx) మరియు విస్తరించిన గేట్ వోల్టేజ్ (VG) పరిధి మధ్య సంబంధాన్ని నమోదు చేసింది మరియు 1.7K ఉష్ణోగ్రత వద్ద అయస్కాంత క్షేత్రం Bని లెక్కించింది. చిన్న ఎలక్ట్రాన్-హోల్ అసమరూపత "మ్యాజిక్ యాంగిల్" మెలితిప్పిన బైలేయర్ గ్రాఫేన్ పరికరం యొక్క సహజ లక్షణంగా గమనించబడింది. మునుపటి నివేదికలలో గమనించినట్లుగా, ఈ బృందం ఈ ఫలితాలను నమోదు చేసింది మరియు ఇప్పటివరకు సూపర్‌కండక్టింగ్‌గా ఉన్న నివేదికలను వివరించింది. లక్షణమైన "మ్యాజిక్ యాంగిల్" బైలేయర్ గ్రాఫేన్ పరికరం యొక్క కనిష్ట టార్షన్ కోణాన్ని మెలితిప్పుతుంది. లాండౌ ఫ్యాన్ చార్ట్‌ను నిశితంగా పరిశీలించడంతో, పరిశోధకులు కొన్ని ముఖ్యమైన లక్షణాలను పొందారు.

ఉదాహరణకు, సగం నిండినప్పుడు కనిపించే శిఖరం మరియు లాండౌ స్థాయి యొక్క రెండు రెట్ల క్షీణత అనేవి గతంలో గమనించిన మూమెంట్-వంటి ఇన్సులేషన్ స్థితులకు అనుగుణంగా ఉన్నాయి. ఈ బృందం సుమారు స్పిన్ వ్యాలీ SU(4) యొక్క సౌష్టవంలో ఒక విఘాతాన్ని మరియు ఒక కొత్త క్వాసీ-పార్టికల్ ఫెర్మీ ఉపరితలం ఏర్పడటాన్ని చూపించింది. అయితే, ఈ వివరాలకు మరింత క్షుణ్ణమైన పరిశీలన అవసరం. మునుపటి అధ్యయనాల మాదిరిగానే, సూపర్‌కండక్టివిటీ కనిపించడం కూడా గమనించబడింది, ఇది Rxx (రేఖాంశ నిరోధకత)ను పెంచింది. ఆ తర్వాత ఈ బృందం సూపర్‌కండక్టింగ్ దశ యొక్క క్రిటికల్ ఉష్ణోగ్రత (Tc)ను పరిశీలించింది. ఈ నమూనాలో సూపర్‌కండక్టర్ల యొక్క సరైన డోపింగ్ కోసం ఎటువంటి డేటా లభించనందున, శాస్త్రవేత్తలు క్రిటికల్ ఉష్ణోగ్రత 0.5K వరకు ఉంటుందని ఊహించారు. అయితే, సూపర్‌కండక్టింగ్ స్థితి నుండి స్పష్టమైన డేటాను పొందే వరకు ఈ పరికరాలు ప్రభావవంతంగా ఉండవు. సూపర్‌కండక్టింగ్ స్థితిని మరింతగా పరిశోధించడానికి, పరిశోధకులు వివిధ క్యారియర్ సాంద్రతల వద్ద పరికరం యొక్క నాలుగు-టెర్మినల్ వోల్టేజ్-కరెంట్ (VI) లక్షణాలను కొలిచారు.

పొందిన నిరోధకత, అధిక సాంద్రత పరిధిలో సూపర్‌కరెంట్ గమనించబడిందని మరియు సమాంతర అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ప్రయోగించినప్పుడు సూపర్‌కరెంట్ అణచివేయబడుతుందని చూపిస్తుంది. అధ్యయనంలో గమనించిన ప్రవర్తనపై అంతర్దృష్టిని పొందడానికి, పరిశోధకులు బిస్ట్రిట్జర్-మాక్‌డొనాల్డ్ నమూనా మరియు మెరుగుపరిచిన పారామితులను ఉపయోగించి "మ్యాజిక్ యాంగిల్" ట్విస్టెడ్ బైలేయర్ గ్రాఫేన్ పరికరం యొక్క మోయిర్ బ్యాండ్ నిర్మాణాన్ని లెక్కించారు. "మ్యాజిక్ యాంగిల్" కోణం యొక్క మునుపటి గణనతో పోలిస్తే, లెక్కించిన తక్కువ శక్తి మోయిర్ బ్యాండ్ అధిక శక్తి బ్యాండ్ నుండి వేరుగా లేదు. పరికరం యొక్క ట్విస్ట్ కోణం ఇతర చోట్ల లెక్కించిన "మ్యాజిక్ యాంగిల్" కోణం కంటే చిన్నది అయినప్పటికీ, ఈ పరికరంలో మునుపటి అధ్యయనాలతో (మోర్ట్ ఇన్సులేషన్ మరియు సూపర్‌కండక్టివిటీ) బలంగా సంబంధం ఉన్న ఒక దృగ్విషయం ఉంది, దీనిని భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఊహించనిదిగా మరియు ఆచరణీయమైనదిగా కనుగొన్నారు.

అధిక సాంద్రతల వద్ద (ప్రతి శక్తి వద్ద అందుబాటులో ఉన్న స్థితుల సంఖ్య) ప్రవర్తనను మరింతగా మూల్యాంకనం చేసిన తర్వాత, శాస్త్రవేత్తలు గమనించిన లక్షణాలు కొత్తగా ఉద్భవిస్తున్న అనుబంధ ఇన్సులేషన్ స్థితులకు ఆపాదించబడ్డాయి. భవిష్యత్తులో, ఇన్సులేషన్ యొక్క విచిత్రమైన స్థితిని అర్థం చేసుకోవడానికి మరియు వాటిని క్వాంటం స్పిన్ లిక్విడ్స్‌గా వర్గీకరించవచ్చో లేదో నిర్ధారించడానికి, డెన్సిటీ ఆఫ్ స్టేట్స్ (DOS) పై మరింత వివరణాత్మక అధ్యయనం నిర్వహించబడుతుంది. ఈ విధంగా, శాస్త్రవేత్తలు ఒక చిన్న మెలిక కోణం (0.93°) కలిగిన మెలిక తిరిగిన ద్విపొర గ్రాఫేన్ పరికరంలో మోక్స్-వంటి ఇన్సులేటింగ్ స్థితికి సమీపంలో సూపర్‌కండక్టివిటీని గమనించారు. ఇంత చిన్న కోణాలలో మరియు అధిక సాంద్రతలలో కూడా, మోయిరే లక్షణాలపై ఎలక్ట్రాన్ సహసంబంధం యొక్క ప్రభావం ఒకే విధంగా ఉంటుందని ఈ అధ్యయనం చూపిస్తుంది. భవిష్యత్తులో, ఇన్సులేటింగ్ దశ యొక్క స్పిన్ వ్యాలీలు అధ్యయనం చేయబడతాయి మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఒక కొత్త సూపర్‌కండక్టింగ్ దశ అధ్యయనం చేయబడుతుంది. ఈ ప్రవర్తన యొక్క మూలాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి ప్రయోగాత్మక పరిశోధనను సైద్ధాంతిక ప్రయత్నాలతో కలపడం జరుగుతుంది.