Ang pag-uugali ng mga Mohr stripe at flat belts sa agham ng agham at quantum physics na tinatawag na "Magic Angle" twisted bilayer graphene (TBLG) ay nakaakit ng malaking interes mula sa mga siyentipiko, bagama't maraming katangian ang nahaharap sa mainit na debate. Sa isang bagong pag-aaral na inilathala sa journal na Science Progress, naobserbahan nina Emilio Colledo at mga siyentipiko sa Department of Physics and Materials Science sa Estados Unidos at Japan ang superconductivity at analogy sa twisted bilayer graphene. Ang estado ng Mott insulator ay may twist angle na humigit-kumulang 0.93 degrees. Ang anggulong ito ay 15% na mas maliit kaysa sa "magic angle" angle (1.1°) na kinalkula sa nakaraang pag-aaral. Ipinapakita ng pag-aaral na ito na ang saklaw ng "magic angle" ng twisted bilayer graphene ay mas malaki kaysa sa inaasahan noon.
Ang pag-aaral na ito ay nagbibigay ng maraming bagong impormasyon para sa pag-unawa sa malakas na quantum phenomena sa twisted bilayer graphene para sa mga aplikasyon sa quantum physics. Tinutukoy ng mga physicist ang "Twistronics" bilang ang relatibong anggulo ng twist sa pagitan ng katabing mga van der Waals layer upang makagawa ng moiré at flat bands sa graphene. Ang konseptong ito ay naging isang bago at natatanging pamamaraan para sa makabuluhang pagbabago at pagpapasadya ng mga katangian ng device batay sa mga two-dimensional na materyales upang makamit ang daloy ng kuryente. Ang kahanga-hangang epekto ng "Twistronics" ay ipinakita sa pangunguna ng mga mananaliksik, na nagpapakita na kapag ang dalawang single-layer graphene layer ay nakasalansan sa isang "magic angle" twist angle na θ=1.1±0.1°, lumilitaw ang isang napaka-patag na banda.
Sa pag-aaral na ito, sa twisted bilayer graphene (TBLG), ang insulating phase ng unang microstrip (istruktural na katangian) ng superlattice sa "magic angle" ay bahagyang napuno. Natukoy ng pangkat ng pananaliksik na ito ay isang Mott insulator (isang insulator na may mga katangiang superconducting) na nagpapakita ng superconductivity sa bahagyang mas mataas at mas mababang antas ng doping. Ipinapakita ng phase diagram ang high temperature superconductor sa pagitan ng superconducting transition temperature (Tc) at Fermi temperature (Tf). Ang pananaliksik na ito ay humantong sa malaking interes at teoretikal na debate sa istruktura ng graphene band, topology at karagdagang "Magic Angle" semiconductor system. Kung ikukumpara sa orihinal na teoretikal na ulat, ang eksperimental na pananaliksik ay bihira at nagsisimula pa lamang. Sa pag-aaral na ito, nagsagawa ang pangkat ng mga pagsukat ng transmission sa "magic angle" twisted bilayer graphene na nagpapakita ng mga kaugnay na insulating at superconducting states.
Ang isang hindi inaasahang baluktot na anggulo na 0.93 ± 0.01, na 15% na mas maliit kaysa sa itinatag na "Magic Angle", ay siya ring pinakamaliit na naiulat hanggang sa kasalukuyan at nagpapakita ng mga katangiang superconducting. Ipinapahiwatig ng mga resultang ito na ang bagong estado ng korelasyon ay maaaring lumitaw sa "Magic Angle" twisted bilayer graphene, na mas mababa kaysa sa pangunahing "magic angle", na lampas sa unang microstrip ng graphene. Upang mabuo ang mga "magic horn" twisted bilayer graphene device na ito, gumamit ang pangkat ng pamamaraang "tear and stack". Ang istruktura sa pagitan ng mga hexagonal boron nitride (BN) layer ay naka-encapsulate; naka-pattern sa isang Hall rod geometry na may maraming wire na nakakabit sa Cr/Au (chromium/gold) edge contacts. Ang buong "Magic Angle" twisted bilayer graphene device ay ginawa sa ibabaw ng graphene layer na ginamit bilang back gate.
Gumagamit ang mga siyentipiko ng mga karaniwang pamamaraan ng direct current (DC) at alternating current (AC) locking upang sukatin ang mga aparato sa mga pumped HE4 at HE3 cryostat. Itinala ng pangkat ang ugnayan sa pagitan ng longitudinal resistance (Rxx) ng aparato at ng extended gate voltage (VG) range at kinalkula ang magnetic field B sa temperaturang 1.7K. Ang maliit na electron-hole asymmetry ay naobserbahang isang likas na katangian ng "Magic Angle" twisted bilayer graphene device. Gaya ng naobserbahan sa mga nakaraang ulat, itinala ng pangkat ang mga resultang ito at idinetalye ang mga ulat na nag-superconduct sa ngayon. Ang katangiang "Magic Angle" ay pumipilipit sa minimum na torsion angle ng bilayer graphene device. Sa mas malapitang pagsusuri sa Landau fan chart, nakakuha ang mga mananaliksik ng ilang kapansin-pansing katangian.
Halimbawa, ang peak sa kalahating pagpuno at ang two-fold degeneracy ng Landau level ay naaayon sa dating naobserbahang Moment-like insulation states. Nagpakita ang team ng break sa symmetry ng tinatayang spin valley SU(4) at ang pagbuo ng isang bagong quasi-particle Fermi surface. Gayunpaman, ang mga detalye ay nangangailangan ng mas detalyadong inspeksyon. Naobserbahan din ang paglitaw ng superconductivity, na nagpataas ng Rxx (longitudinal resistance), katulad ng mga nakaraang pag-aaral. Pagkatapos ay sinuri ng team ang critical temperature (Tc) ng superconducting phase. Dahil walang nakuhang datos para sa optimal doping ng mga superconductor sa sample na ito, ipinapalagay ng mga siyentipiko ang isang critical temperature na hanggang 0.5K. Gayunpaman, ang mga device na ito ay nagiging hindi epektibo hangga't hindi sila nakakakuha ng malinaw na datos mula sa superconducting state. Upang higit pang maimbestigahan ang superconducting state, sinukat ng mga mananaliksik ang four-terminal voltage-current (VI) characteristics ng device sa iba't ibang carrier densities.
Ang nakuhang resistensya ay nagpapakita na ang super current ay naoobserbahan sa mas malaking saklaw ng densidad at nagpapakita ng pagsugpo ng super current kapag inilapat ang isang parallel magnetic field. Upang makakuha ng kaalaman sa pag-uugaling naobserbahan sa pag-aaral, kinalkula ng mga mananaliksik ang istruktura ng Moir band ng "Magic Angle" twisted bilayer graphene device gamit ang Bistritzer-MacDonald model at pinahusay ang mga parameter. Kung ikukumpara sa nakaraang kalkulasyon ng anggulong "Magic Angle", ang kinalkulang low energy Moire band ay hindi nakahiwalay sa high energy band. Bagama't mas maliit ang twist angle ng device kaysa sa anggulong "magic angle" na kinalkula sa ibang lugar, ang device ay may phenomenon na may malaking kaugnayan sa mga nakaraang pag-aaral (Mort insulation at superconductivity), na natuklasan ng mga physicist na hindi inaasahan at magagawa.
Matapos ang karagdagang pagsusuri sa kilos sa malalaking densidad (ang bilang ng mga estado na magagamit sa bawat enerhiya), ang mga katangiang naobserbahan ng mga siyentipiko ay iniuugnay sa mga bagong umuusbong na nauugnay na mga estado ng pagkakabukod. Sa hinaharap, isang mas detalyadong pag-aaral ng densidad ng mga estado (DOS) ang isasagawa upang maunawaan ang kakaibang estado ng pagkakabukod at upang matukoy kung maaari silang uriin bilang mga quantum spin liquid. Sa ganitong paraan, naobserbahan ng mga siyentipiko ang superconductivity malapit sa estado ng pagkakabukod na parang Mox sa isang twisted bilayer graphene device na may maliit na anggulo ng pag-ikot (0.93°). Ipinapakita ng pag-aaral na ito na kahit sa ganitong maliliit na anggulo at mataas na densidad, ang epekto ng electron correlation sa mga katangian ng moiré ay pareho. Sa hinaharap, pag-aaralan ang mga spin valley ng insulating phase, at isang bagong superconducting phase ang pag-aaralan sa mas mababang temperatura. Ang eksperimental na pananaliksik ay isasama sa mga teoretikal na pagsisikap upang maunawaan ang pinagmulan ng kilos na ito.
Oras ng pag-post: Oktubre-08-2019