گرافېننىڭ ئۆتكۈر ئۆتكۈزۈشچانلىقى تېخىمۇ جەلپ قىلارلىق! ئەڭ يېڭى بايقاش: گرافېندىكى «سېھىرلىك بۇلۇڭ» دائىرىسى مۆلچەردىكىدىن چوڭراق.

مور لېنتىلىرى ۋە ياپىلاق بەلۋاغلارنىڭ پەن ۋە كۋانت فىزىكىسى ئىلمىدىكى «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرۇلغان قوش قەۋەتلىك گرافېن (TBLG) دەپ ئاتىلىدىغان ھەرىكىتى ئالىملارنىڭ زور قىزىقىشىنى قوزغىدى، گەرچە نۇرغۇن خۇسۇسىيەتلەر قىزغىن مۇنازىرىگە دۇچ كەلسىمۇ. «ئىلىم-پەن تەرەققىياتى» ژۇرنىلىدا ئېلان قىلىنغان يېڭى تەتقىقاتتا، ئېمىلىئو كوللېدو ۋە ئامېرىكا ۋە ياپونىيەدىكى فىزىكا ۋە ماتېرىيال ئىلمى بۆلۈمىدىكى ئالىملار بۇرۇلغان قوش قەۋەتلىك گرافېندا ئۆتكۈر ئۆتكۈزۈشچانلىق ۋە ئوخشىتىشنى كۆزەتتى. موت ئىزولياتور ھالىتىنىڭ بۇرۇلۇش بۇلۇڭى تەخمىنەن 0.93 گرادۇس. بۇ بۇلۇڭ ئالدىنقى تەتقىقاتتا ھېسابلىغان «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇلۇڭىدىن (1.1°) %15 كىچىك. بۇ تەتقىقات بۇرۇلغان قوش قەۋەتلىك گرافېننىڭ «سېھىرلىك بۇلۇڭ» دائىرىسىنىڭ ئىلگىرىكى مۆلچەردىن چوڭ ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.

بۇ تەتقىقات كۋانت فىزىكىسىدا قوللىنىلىدىغان بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېندىكى كۈچلۈك كۋانت ھادىسىسىنى چۈشىنىش ئۈچۈن مول يېڭى ئۇچۇرلار بىلەن تەمىنلەيدۇ. فىزىكا ئالىملىرى «تۋىسترونىك» نى قوشنا ۋان دېر ۋائالس قەۋەتلىرى ئارىسىدىكى نىسپىي بۇرمىلىنىش بۇلۇڭى دەپ ئېنىقلىما بېرىپ، گرافېندا مويرې ۋە ياپىلاق بەلۋاغ ھاسىل قىلىدۇ. بۇ ئۇقۇم توك ئېقىمىغا ئېرىشىش ئۈچۈن ئىككى ئۆلچەملىك ماتېرىياللارغا ئاساسەن ئۈسكۈنە خۇسۇسىيىتىنى زور دەرىجىدە ئۆزگەرتىش ۋە خاسلاشتۇرۇشنىڭ يېڭى ۋە ئۆزگىچە ئۇسۇلىغا ئايلاندى. «تۋىسترونىك» نىڭ كۆرۈنەرلىك تەسىرى تەتقىقاتچىلارنىڭ باشلامچىلىق خىزمىتىدە مىسال كەلتۈرۈلدى، يەنى ئىككى بىر قەۋەتلىك گرافېن قەۋىتى θ=1.1±0.1° «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلىنىش بۇلۇڭىدا يىغىلغاندا، ناھايىتى ياپىلاق بەلۋاغ پەيدا بولىدىغانلىقىنى كۆرسەتتى.

بۇ تەتقىقاتتا، بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن (TBLG) دا، «سېھىرلىك بۇلۇڭ» دىكى ئۈستۈنكى تورنىڭ بىرىنچى مىكرو لېنتىسىنىڭ (قۇرۇلما ئالاھىدىلىكى) ئىزولياتورلۇق باسقۇچى يېرىم تولدۇرۇلغان. تەتقىقات گۇرۇپپىسى بۇنىڭ بىر قەدەر يۇقىرى ۋە تۆۋەن دوپپا سەۋىيەسىدە ئۈستۈنكى ئۆتكۈزۈشچانلىقنى كۆرسىتىدىغان موت ئىزولياتورى (ئۈستۈنكى ئۆتكۈزۈش خۇسۇسىيىتىگە ئىگە ئىزولياتور) ئىكەنلىكىنى ئېنىقلىدى. باسقۇچ دىئاگراممىسى ئۈستۈنكى ئۆتكۈزۈشچان ئۆتكۈنچى تېمپېراتۇرا (Tc) بىلەن فېرمى تېمپېراتۇرىسى (Tf) ئارىسىدىكى يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق ئۈستۈنكى ئۆتكۈزگۈچنى كۆرسىتىدۇ. بۇ تەتقىقات گرافېن بەلبېغى قۇرۇلمىسى، توپولوگىيەسى ۋە قوشۇمچە «سېھىرلىك بۇلۇڭ» يېرىم ئۆتكۈزگۈچ سىستېمىسى توغرىسىدا چوڭ قىزىقىش ۋە نەزەرىيەۋى مۇنازىرىگە سەۋەب بولدى. دەسلەپكى نەزەرىيە دوكلاتى بىلەن سېلىشتۇرغاندا، تەجرىبە تەتقىقاتى ئاز ئۇچرايدۇ ۋە يېقىندا باشلاندى. بۇ تەتقىقاتتا، گۇرۇپپا «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈستىدە يەتكۈزۈش ئۆلچەشلىرىنى ئېلىپ باردى، بۇ ئۆلچەشلەر ئالاقىدار ئىزولياتورلۇق ۋە ئۈستۈنكى ئۆتكۈزۈشچان ھالەتلەرنى كۆرسەتتى.

كۈتۈلمىگەندە بۇرمىلانغان بۇلۇڭ 0.93 ± 0.01 بولۇپ، بۇ بېكىتىلگەن «سېھىرلىك بۇلۇڭ» دىن %15 كىچىك، ھازىرغىچە دوكلات قىلىنغان ئەڭ كىچىك بۇلۇڭ بولۇپ، ئۆتكۈر ئۆتكۈزۈش خۇسۇسىيىتىنى نامايان قىلىدۇ. بۇ نەتىجىلەر يېڭى مۇناسىۋەت ھالىتىنىڭ «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېندا، دەسلەپكى «سېھىرلىك بۇلۇڭ» دىن تۆۋەن، گرافېننىڭ بىرىنچى مىكرو لېنتىسىدىن كېيىن پەيدا بولىدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. بۇ «سېھىرلىك مۈڭگۈز» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىلىرىنى ياساش ئۈچۈن، تەتقىقات گۇرۇپپىسى «يىرتىپ ئۈيۈش» ئۇسۇلىنى قوللانغان. ئالتە تەرەپلىك بور نىترىد (BN) قەۋەتلىرى ئارىسىدىكى قۇرۇلما قاپلانغان؛ Cr/Au (خروم/ئالتۇن) گىرۋەك ئۇچىغا ئۇلانغان كۆپ سىملىق ھالل تاياقچىسى گېئومېتىرىيەسىگە ئۆزگەرتىلگەن. پۈتۈن «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىسى ئارقا دەرۋازا سۈپىتىدە ئىشلىتىلگەن گرافېن قەۋىتىنىڭ ئۈستىگە ياسالغان.

ئالىملار پومپىلانغان HE4 ۋە HE3 كرىئوستاتلىرىدىكى ئۈسكۈنىلەرنى ئۆلچەش ئۈچۈن ئۆلچەملىك تۇراقلىق توك (DC) ۋە ئۆزگىرىشچان توك (AC) قۇلۇپلاش تېخنىكىسىنى ئىشلىتىدۇ. بۇ گۇرۇپپا ئۈسكۈنىنىڭ ئۇزۇنلۇق قارشىلىقى (Rxx) بىلەن كېڭەيتىلگەن دەرۋازا توك بېسىمى (VG) دائىرىسى ئوتتۇرىسىدىكى مۇناسىۋەتنى خاتىرىلىدى ۋە 1.7K تېمپېراتۇرىدا B ماگنىت مەيدانىنى ھېسابلىدى. كىچىك ئېلېكترون تۆشۈك ئاسسىمېترىيەسىنىڭ «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرمىلانغان قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىسىنىڭ ئىچكى خۇسۇسىيىتى ئىكەنلىكى كۆزىتىلدى. ئىلگىرىكى دوكلاتلاردا كۆزىتىلگەندەك، بۇ گۇرۇپپا بۇ نەتىجىلەرنى خاتىرىلىدى ۋە ھازىرغىچە ئۆتكۈر ئۆتكۈزگۈچلۈكتە بولغان دوكلاتلارنى تەپسىلىي بايان قىلدى. «سېھىرلىك بۇلۇڭ» خاراكتېرى قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىسىنىڭ ئەڭ تۆۋەن بۇرمىلىنىش بۇلۇڭىنى بۇرايدۇ. لانداۋ شامالدۇرغۇچ دىئاگراممىسىنى تېخىمۇ يېقىندىن تەكشۈرۈش ئارقىلىق، تەتقىقاتچىلار بەزى كۆرۈنەرلىك ئالاھىدىلىكلەرگە ئېرىشتى.

مەسىلەن، يېرىم تولدۇرۇشتىكى چوققا ۋە لانداۋ سەۋىيەسىنىڭ ئىككى ھەسسە چېكىنىشى ئىلگىرى كۆزىتىلگەن مومېنتقا ئوخشاش ئىزولياتسىيە ھالىتى بىلەن ماس كېلىدۇ. بۇ گۇرۇپپا تەخمىنەن ئايلىنىش ۋادىسى SU(4) نىڭ سىممېترىكلىقىنىڭ بۇزۇلۇشى ۋە يېڭى يېرىم زەررىچە فېرمى يۈزىنىڭ شەكىللىنىشىنى كۆرسەتتى. قانداقلا بولمىسۇن، تەپسىلاتلار تېخىمۇ تەپسىلىي تەكشۈرۈشنى تەلەپ قىلىدۇ. ئىلگىرىكى تەتقىقاتلارغا ئوخشاش، ئۆتكۈر ئۆتكۈزۈشچانلىقنىڭ كۆرۈنۈشىمۇ كۆزىتىلدى، بۇ Rxx (ئۇزۇنلۇق قارشىلىق) نى ئاشۇردى. ئاندىن گۇرۇپپا ئۆتكۈر ئۆتكۈزۈش باسقۇچىنىڭ مۇھىم تېمپېراتۇرىسىنى (Tc) تەكشۈردى. بۇ ئەۋرىشكەدىكى ئۆتكۈر ئۆتكۈزگۈچلەرنىڭ ئەڭ ياخشى قوشۇلۇشى ئۈچۈن ھېچقانداق سانلىق مەلۇمات ئېلىنمىغانلىقتىن، ئالىملار مۇھىم تېمپېراتۇرىنى 0.5K غىچە دەپ پەرەز قىلدى. قانداقلا بولمىسۇن، بۇ ئۈسكۈنىلەر ئۆتكۈر ئۆتكۈزۈشچان ھالەتتىن ئېنىق سانلىق مەلۇماتلارغا ئېرىشكۈچە ئۈنۈمسىز بولۇپ قالىدۇ. ئۆتكۈر ئۆتكۈزۈشچان ھالەتنى تېخىمۇ چوڭقۇر تەكشۈرۈش ئۈچۈن، تەتقىقاتچىلار ئۈسكۈنىنىڭ ھەر خىل توشۇغۇچى زىچلىقىدىكى تۆت تېرمىناللىق توك بېسىمى (VI) خۇسۇسىيىتىنى ئۆلچەدى.

قولغا كەلتۈرۈلگەن قارشىلىق، چوڭراق زىچلىق دائىرىسىدە دەرىجىدىن تاشقىرى توكنىڭ كۆزىتىلىدىغانلىقىنى ۋە پاراللېل ماگنىت مەيدانى قوللىنىلغاندا دەرىجىدىن تاشقىرى توكنىڭ بېسىلىدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. تەتقىقاتتا كۆزىتىلگەن ھەرىكەتنى چۈشىنىش ئۈچۈن، تەتقىقاتچىلار بىستىرىتزېر-ماكدونالد مودېلى ۋە ياخشىلانغان پارامېتىرلار ئارقىلىق «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇرۇلغان ئىككى قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىسىنىڭ مويىر بەلبېغى قۇرۇلمىسىنى ھېسابلىدى. ئىلگىرىكى «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇلۇڭىنى ھېسابلاش بىلەن سېلىشتۇرغاندا، ھېسابلانغان تۆۋەن ئېنېرگىيەلىك مويىر بەلبېغى يۇقىرى ئېنېرگىيە بەلبېغىدىن ئايرىۋېتىلمىگەن. ئۈسكۈنىنىڭ بۇرۇلۇش بۇلۇڭى باشقا يەردە ھېسابلانغان «سېھىرلىك بۇلۇڭ» بۇلۇڭىدىن كىچىك بولسىمۇ، ئۈسكۈنىدە ئىلگىرىكى تەتقىقاتلار (مورت ئىزولياتسىيەسى ۋە دەرىجىدىن تاشقىرى ئۆتكۈزۈشچانلىق) بىلەن زىچ مۇناسىۋەتلىك بىر ھادىسە بار، بۇ فىزىكا ئالىملىرى بۇنى كۈتۈلمىگەن ۋە مۇمكىن دەپ قارىغان.

ئالىملار كۆزىتىلگەن ئالاھىدىلىكلەر يۇقىرى زىچلىقتىكى (ھەر بىر ئېنېرگىيەدىكى ھالەت سانى) ھەرىكەتنى تېخىمۇ چوڭقۇر باھالىغاندىن كېيىن، يېڭىدىن پەيدا بولغان مۇناسىۋەتلىك ئىزولياتسىيە ھالىتىگە باغلىنىدۇ. كەلگۈسىدە، ئىزولياتسىيەنىڭ غەلىتە ھالىتىنى چۈشىنىش ۋە ئۇلارنى كۋانت ئايلىنىش سۇيۇقلۇقى دەپ تۈرگە ئايرىشقا بولىدىغان-بولمايدىغانلىقىنى بېكىتىش ئۈچۈن، زىچلىق ھالىتى (DOS) توغرىسىدا تېخىمۇ تەپسىلىي تەتقىقات ئېلىپ بېرىلىدۇ. بۇ ئۇسۇلدا، ئالىملار كىچىك ئايلىنىش بۇلۇڭى (0.93°) بولغان بۇرۇلغان قوش قەۋەتلىك گرافېن ئۈسكۈنىسىدە موكىسقا ئوخشاش ئىزولياتسىيە ھالىتىگە يېقىن ئۆتكۈر ئۆتكۈزۈشچانلىقنى كۆزەتتى. بۇ تەتقىقات شۇنى كۆرسىتىپ بېرىدۇكى، بۇنداق كىچىك بۇلۇڭ ۋە يۇقىرى زىچلىقتىكى ئەھۋاللاردىمۇ، ئېلېكترون باغلىنىشىنىڭ مورنىڭ خۇسۇسىيىتىگە بولغان تەسىرى ئوخشاش. كەلگۈسىدە، ئىزولياتسىيە باسقۇچىنىڭ ئايلىنىش جىلغىلىرى تەتقىق قىلىنىدۇ، تۆۋەن تېمپېراتۇرىدا يېڭى ئۆتكۈر ئۆتكۈزۈش باسقۇچى تەتقىق قىلىنىدۇ. بۇ ھەرىكەتنىڭ كېلىپ چىقىشىنى چۈشىنىش ئۈچۈن تەجرىبە تەتقىقاتى نەزەرىيەۋى تىرىشچانلىقلار بىلەن بىرلەشتۈرۈلىدۇ.