Ìwà àwọn ìlà Mohr àti bẹ́líìtì flat nínú ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì àti ìmọ̀ ìjìnlẹ̀ quantum physics tí a ń pè ní “Magic Angle” twisted bilayer graphene (TBLG) ti fa ìfẹ́ sí àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì gidigidi, bó tilẹ̀ jẹ́ pé ọ̀pọ̀ àwọn ohun ìní ló ń dojú kọ àríyànjiyàn gbígbóná janjan. Nínú ìwádìí tuntun kan tí a tẹ̀ jáde nínú ìwé ìròyìn Science Progress, Emilio Colledo àti àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ní Ẹ̀ka ti Fisiksi àti Ìmọ̀ Ohun èlò ní Orílẹ̀-èdè Amẹ́ríkà àti Japan ṣe àkíyèsí superconductivity àti àfiwé nínú graphene bilayer twisted. Ipò insulator Mott ní igun títẹ̀ tó ìwọ̀n 0.93. Igun yìí kéré sí i ní ìwọ̀n 15% ju igun “igun magic” (1.1°) tí a ṣírò nínú ìwádìí tí ó ṣáájú lọ. Ìwádìí yìí fihàn pé ìwọ̀n “igun magic” ti graphene bilayer twisted tóbi ju bí a ti rò tẹ́lẹ̀ lọ.
Ìwádìí yìí pèsè ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìwífún tuntun fún ìtumọ̀ àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ quantum tó lágbára nínú graphene oníyẹ̀fun bíláìlì fún lílo nínú físíìsì quantum. Àwọn onímọ̀ nípa físíìsì túmọ̀ “Twistronics” gẹ́gẹ́ bí igun ìyípo tó wà láàrín àwọn ìpele van der Waals tó wà nítòsí láti ṣe àwọn ìpele moiré àti flat bands nínú graphene. Èrò yìí ti di ọ̀nà tuntun àti àrà ọ̀tọ̀ fún yíyípadà àti ṣíṣe àtúnṣe àwọn ohun ìní ẹ̀rọ tó dá lórí àwọn ohun èlò oníwọ̀n méjì láti ṣe àṣeyọrí ìṣàn lọ́wọ́lọ́wọ́. A fi àpẹẹrẹ ipa ìyanu ti “Twistronics” hàn nínú iṣẹ́ aṣáájú àwọn olùwádìí, ó fihàn pé nígbà tí a bá kó àwọn ìpele graphene onípele kan pamọ́ sí igun ìyípo “ìgun idán” ti θ=1.1±0.1°, ìpele tó tẹ́jú gan-an farahàn.
Nínú ìwádìí yìí, nínú graphene bilayer twisted (TBLG), ìpele ìdábòbò ti microstrip àkọ́kọ́ (ẹ̀yà ìṣètò) ti superlattice ní “igun idan” ni a fi kún díẹ̀. Ẹgbẹ́ ìwádìí náà pinnu pé èyí jẹ́ insulator Mott (insulator pẹ̀lú àwọn ànímọ́ superconducting) tí ó ń fi superconductivity hàn ní àwọn ìpele doping tí ó ga díẹ̀ àti tí ó lọ sílẹ̀. Àwòrán ìpele náà fi superconductor tí ó ga jùlọ hàn láàárín ìgbóná ìyípadà superconducting (Tc) àti Fermi temperature (Tf). Ìwádìí yìí yọrí sí ìfẹ́ gidigidi àti ìjíròrò ìmọ̀ nípa ìṣètò band graphene, topology àti àwọn ètò semiconductor “Magic Angle” afikún. Ní ìfiwéra pẹ̀lú ìròyìn ìmọ̀ àtilẹ̀wá, ìwádìí àyẹ̀wò ṣọ̀wọ́n, ó sì ṣẹ̀ṣẹ̀ bẹ̀rẹ̀. Nínú ìwádìí yìí, ẹgbẹ́ náà ṣe àwọn ìwọ̀n ìyípadà lórí “igun idan” twisted bilayer graphene tí ó ń fi àwọn ipò ìdábòbò àti superconducting tí ó yẹ hàn.
Igun tí ó yí padà láìròtẹ́lẹ̀ ti 0.93 ± 0.01, èyí tí ó kéré sí 15% ju “Igun Àmì” tí a ti gbé kalẹ̀ lọ, ni ó tún jẹ́ èyí tí ó kéré jùlọ tí a ròyìn títí di òní, ó sì ń fi àwọn ànímọ́ superconducting hàn. Àwọn àbájáde wọ̀nyí fihàn pé ipò ìbáṣepọ̀ tuntun lè farahàn nínú “Igun Àmì” oníyípo bilayer graphene, tí ó wà ní ìsàlẹ̀ ju “igun Àmì” àkọ́kọ́ lọ, ní ìkọjá microstrip àkọ́kọ́ ti graphene. Láti kọ́ àwọn ẹ̀rọ graphene oníyípo bilayer “ìwo àmí” wọ̀nyí, ẹgbẹ́ náà lo ọ̀nà “ya àti ìdìpọ̀”. Ìṣètò láàárín àwọn ìpele hexagonal boron nitride (BN) ni a fi sínú àpò; a fi àwòrán rẹ̀ sínú àwòrán Hall rod pẹ̀lú ọ̀pọ̀lọpọ̀ wáyà tí a so mọ́ àwọn ìsopọ̀ ẹ̀gbẹ́ Cr/Au (chromium/gold). Gbogbo ẹ̀rọ graphene oníyípo bilayer “Igun Àmì” ni a ṣe lórí ìpele graphene tí a lò gẹ́gẹ́ bí ẹnu ọ̀nà ẹ̀yìn.
Àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì lo ọ̀nà ìdènà ìṣàn tààrà (DC) àti ọ̀nà ìdènà ìṣàn tààrà (AC) láti wọn àwọn ẹ̀rọ nínú àwọn ìgbóná HE4 àti HE3 tí a fi ẹ̀rọ náà ṣe. Àwọn ẹgbẹ́ náà ṣe àkọsílẹ̀ ìbáṣepọ̀ láàárín resistance gígùn (Rxx) ẹ̀rọ náà àti ìwọ̀n voltage ẹnu ọ̀nà tí a fi síwájú (VG) wọ́n sì ṣírò pápá magnetic B ní ìwọ̀n otútù 1.7K. A rí i pé àìdọ́gba ihò electron kékeré jẹ́ ohun ìní ti ẹ̀rọ graphene bilayer tí a yí “Magic Angle” ká. Gẹ́gẹ́ bí a ti ṣe àkíyèsí nínú àwọn ìròyìn ìṣáájú, ẹgbẹ́ náà ṣe àkọsílẹ̀ àwọn àbájáde wọ̀nyí wọ́n sì ṣe àlàyé àwọn ìròyìn tí wọ́n ti ń lo agbára gíga títí di ìsinsìnyí. “Magic Angle” tí ó jẹ́ àmì yíyí igun torsion tí ó kéré jùlọ ti ẹ̀rọ graphene bilayer yípo. Pẹ̀lú àyẹ̀wò fínnífínní ti àtẹ ìfàn Landau, àwọn olùwádìí ní àwọn ohun pàtàkì kan.
Fún àpẹẹrẹ, òkè ní ìdajì ìkún àti ìbàjẹ́ ìlọ́po méjì ti ipele Landau bá àwọn ipò ìdábòbò Moment-like tí a ti rí tẹ́lẹ̀ mu. Ẹgbẹ́ náà fi ìfọ́ hàn nínú ìṣọ̀kan ti ìpele spin afonifoji SU(4) àti ìṣẹ̀dá ojú Fermi tuntun kan tí ó jẹ́ quasi-particle. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn kúlẹ̀kúlẹ̀ náà nílò àyẹ̀wò kíkún sí i. A tún rí ìfarahàn superconductivity, èyí tí ó mú kí Rxx (ìdènà gígùn) pọ̀ sí i, tí ó jọ àwọn ìwádìí ìṣáájú. Lẹ́yìn náà, ẹgbẹ́ náà ṣe àyẹ̀wò iwọn otutu pàtàkì (Tc) ti ìpele superconducting. Níwọ́n ìgbà tí a kò gba ìwádìí kankan fún doping tó dára jùlọ ti superconductors nínú àyẹ̀wò yìí, àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì gbà pé ìwọ̀n otutu tó tó 0.5K. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn ẹ̀rọ wọ̀nyí kò ní ṣiṣẹ́ títí tí wọ́n fi lè gba ìwífún tó ṣe kedere láti ipò superconducting. Láti ṣe ìwádìí síwájú sí i nípa ipò superconducting, àwọn olùwádìí wọn àwọn ànímọ́ folti-current mẹ́rin (VI) ti ẹ̀rọ náà ní onírúurú ìwọ̀n gbigbe.
Àìfaradà tí a rí fihàn pé a rí ìṣàn omi super lórí ìwọ̀n density tó pọ̀ jù, ó sì fi ìdènà ìṣàn omi super hàn nígbà tí a bá lo pápá oofa onípele kan. Láti gba òye nípa ìwà tí a rí nínú ìwádìí náà, àwọn olùwádìí ṣírò ìṣètò Moir band ti ẹ̀rọ graphene onípele méjì tí a ń pè ní “Magic Angle” nípa lílo àwòṣe Bistritzer-MacDonald àti àwọn paramita tí a ti mú sunwọ̀n síi. Ní ìfiwéra pẹ̀lú ìṣirò ìṣáájú ti igun “Magic Angle”, a kò ya ìṣàn omi Moire onípele kékeré kúrò nínú ìṣàn omi agbára gíga. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé igun ìyípadà ẹ̀rọ náà kéré ju igun “magic angle” tí a ṣírò níbòmíràn lọ, ẹ̀rọ náà ní ìṣẹ̀lẹ̀ kan tí ó ní í ṣe pẹ̀lú àwọn ìwádìí ìṣáájú (Mort insurance àti superconductivity), èyí tí àwọn onímọ̀ nípa fisiksì rí i pé ó jẹ́ ohun tí a kò retí àti pé ó ṣeé ṣe.
Lẹ́yìn ṣíṣe àyẹ̀wò síwájú sí i nípa ìwà ní àwọn ìwọ̀n gíga (iye àwọn ipò tó wà lórí agbára kọ̀ọ̀kan), àwọn ànímọ́ tí àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ṣàkíyèsí ni a fi hàn sí àwọn ipò ìdènà tuntun tó ń yọjú. Ní ọjọ́ iwájú, a ó ṣe ìwádìí tó kún rẹ́rẹ́ nípa ìwọ̀n àwọn ipò (DOS) láti lóye ipò àìdára ti ìdènà àti láti pinnu bóyá a lè pín wọn sí àwọn omi quantum spin. Ní ọ̀nà yìí, àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ṣàkíyèsí superconductivity nítòsí ipò ìdènà Mox nínú ẹ̀rọ graphene oníyípo pẹ̀lú igun ìyípo kékeré (0.93°). Ìwádìí yìí fihàn pé kódà ní irú àwọn igun kékeré bẹ́ẹ̀ àti àwọn ìwọ̀n gíga bẹ́ẹ̀, ipa ìbáṣepọ̀ elekitironi lórí àwọn ànímọ́ moiré kan náà ni. Ní ọjọ́ iwájú, a ó kẹ́kọ̀ọ́ àwọn àfonífojì spin ti ìpele ìdènà, a ó sì kẹ́kọ̀ọ́ ìpele superconducting tuntun ní ìwọ̀n otútù tó kéré síi. Ìwádìí ìdánwò yóò dara pọ̀ mọ́ àwọn ìsapá ìmọ̀ láti lóye orísun ìwà yìí.
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù Kẹ̀wàá-08-2019