12:30 ص
فيزياء البصريات
في علم المواد وفيزياء الكم ، أثارت الأشرطة المسطحة والسلوكيات المرتبطة ضمن "الزاوية السحرية" الجرافين الملتوي ثنائية الطبقة (tBLG) اهتمامًا كبيرًا ، على الرغم من أن العديد من خصائصه تواجه جدلاً حادًا. في تقرير جديد نُشر في Science Advances ، لاحظ Emilio Codecido وزملاؤه في أقسام الفيزياء وعلوم المواد في الولايات المتحدة واليابان كلاً من الموصلية الفائقة وحالة عازلة تشبه Mott في جهاز tBLG بزاوية ملتوية تقارب 0.93 درجة. كانت هذه الزاوية أصغر بنسبة 15 بالمائة من الزاوية السحرية المحسوبة (∼ 1.1 °) في الدراسات السابقة. كشفت الدراسة أن النطاق "السحري" لـ tBLG أكبر من المتوقع سابقًا. قدم العمل ثروة من المعلومات الجديدة لفك رموز الظواهر الكمومية القوية داخل أجهزة tBLG للتطبيقات في فيزياء الكم.
يعرّف الفيزيائيون "Twistronics" بأنها الزاوية الملتوية بين طبقات van der Waals المجاورة لإنتاج طبقة تموج في النسيج ونطاقات مسطحة في الجرافين. برز هذا المفهوم كنهج جديد ومناسب بشكل فريد لتغيير وتصميم خصائص الأجهزة القائمة على المواد ثنائية الأبعاد بشكل ملحوظ لتمكين تدفق الكهرباء. يتجلى التأثير الملحوظ لـ Twistronics في العمل الحديث الرائد من قبل الباحثين الذين أظهروا ظهور نطاقات مسطحة للغاية عندما تم تكديس طبقتين أحادي الطبقة من الجرافين بزاوية ملتوية سحرية تبلغ θ = 1.1 ± 0.1 درجة.
في العمل الحالي ، Codecido et al. لاحظت تجريبيًا مرحلة إهانة عند ملء نصف أول حافلة صغيرة (هيكلية) لل superlattice (الجسيمات ثنائية الطبقات) في جهاز الجرافين (bblay bilayer) (tBLG) في الزاوية السحرية. حدد فريق البحث هذا ليكون عازلًا Mott (عازلًا ذو خصائص الموصلية الفائقة) يُظهر الموصلية الفائقة عند تعاطي المنشطات أعلى وأقل قليلاً. كشف مخطط المرحلة عن الموصلات الفائقة عالية الحرارة بين درجة حرارة انتقال الموصلية الفائقة (Tc) ودرجة حرارة Fermi (TF). أثار العمل اهتمامًا هائلاً ونقاشًا نظريًا حول نظام أشباه الموصلات نسبة إلى بنية نطاق الطاقة ، والطوبولوجيا ، والزوايا السحرية الإضافية للجرافين. مقارنة بالتقارير النظرية الأولية ، فإن الدراسات التجريبية شحيحة وبدأت للتو في الظهور.
بيانات من حالة التوصيل الفائق. (A) temperature مقابل درجة الحرارة عندما يتم ضبط الكثافة إلى مرحلة التوصيل الفائق (Vg ~ 0.53 V أو nm ~ 2.5). (ب) المقاومة التفاضلية dV / dI مقابل التيار المتحيز والبوابة في مرحلة التوصيل الفائق في درجة حرارة القاعدة (280 mK). مقياس اللون في وحدات من الكيلومترات. (C) خصائص التيار الكهربائي عند T = 280 mK و Vg = 0.50 V (أزرق) و 0.58 V (أحمر) ، على التوالي. (D) منحنيات V-I في المجالات المغناطيسية المتوازية المختلفة. الائتمان: العلوم المتقدمة ، دوي: 10.1126 / sciadv.aaw9770
في هذه الدراسة ، أجرى فريق البحث قياسات النقل لجهاز tBLG ذي الزاوية السحرية والذي يظهر حالات عزل وتوصيل فائقة التوصيل. لقد حصلوا بشكل غير متوقع على زاوية ملتوية عند 0.93 ± 0.01 ، والتي كانت أصغر بنسبة 15 في المائة من الزاوية السحرية التي تم إنشاؤها بالفعل ، في حين كانت أصغر زاوية تم الإبلاغ عنها حتى الآن وعرض الموصلية الفائقة. أشارت هذه النتائج إلى أن الحالات المترابطة الجديدة يمكن أن تظهر في جهاز tBLG أسفل الزاوية السحرية الأساسية وبعد الميني بار الأول من الجرافين.
لبناء الأجهزة ، استخدم فريق البحث نهج "المسيل للدموع والمكدس". أنها مغلفة البناء بين طبقات نيتريد البورون سداسية (BN) ؛ منقوشة في هندسة شريط Hall مع خيوط متعددة مقرونة بجهات اتصال Cr / Au (حافة الكروم / الذهب). أنها ملفقة الجهاز بأكمله فوق طبقة الجرافين التي كانت بمثابة البوابة الخلفية. Codecido et al. قياس الأجهزة في cryostats ضخ He4 و He3 باستخدام تيار مباشر (DC) وتقنيات قفل التيار المتردد (AC). سجل الفريق المقاومة الطولية للجهاز (Rxx) مقابل مدى جهد بوابة ممتدة (Vg) وحساب المجال المغناطيسي B عند درجة حرارة 1.7 K. ولاحظوا عدم تناسق ثقب الإلكترون الصغير ليكون جوهريًا لأجهزة tBLG كما هو موضح في التقارير السابقة. لاحظ الفريق النتائج لتفاصيل أصغر قيمة زاوية تويست المبلغ عنها حتى الآن لأجهزة tBLG التي تظهر الموصلية الفائقة.
استجابة الموصلية الفائقة للمجال المغناطيسي. Rxx (Vg، B) التي توضح اختفاء الموصلية الفائقة مع المجال المغناطيسي العمودي. الائتمان: العلوم المتقدمة ، دوي: 10.1126 / sciadv.aaw9770
عند الفحص الدقيق لمخطط مروحة لانداو ، Codecido et al. الحصول على عدد من الميزات البارزة. على سبيل المثال ، كانت الذروة عند نصف الحشوة وانحطاط مستويات لانداو ذات شقين متسقة مع الملاحظات السابقة لحالة العزل المتشابكة مع موت. أظهر الفريق كسر التماثل التقريبي للوديان الدورانية SU (4) وتشكيل سطح فرمي شبه جديد. ومع ذلك ، فإن التفاصيل المطلوبة فحص أكثر حساسية. كما لاحظوا ظهور الموصلية الفائقة ، مما زاد من Rxx (المقاومة الطولية) ، على غرار العمل السابق.
الفريق ثم التحقيقدرجة الحرارة الحرجة (Tc) للمرحلة فائقة التوصيل. نظرًا لعدم الحصول على البيانات عند تعاطي المنشطات على النحو الأمثل من أجل الموصلية الفائقة في هذه العينة ، افترض العلماء أن Tc يمكن أن تصل إلى 0.5 K. ومع ذلك ، أصبح الجهاز غير وظيفي قبل أن يتمكنوا من الحصول على بيانات واضحة من حالة التوصيل الفائق. وللتحقق من حالة الموصلية الفائقة ، قاموا بقياس خصائص جهد التيار (V-I) بأربعة محطات للجهاز عند كثافات حامل مختلفة. لقد حصلوا على عروض مقاومة ولاحظوا التيار الفائق لنطاق ممتد من الكثافة وأظهروا قمع التيار الزائد عند تطبيق مجال مغناطيسي متوازي. لاكتساب نظرة ثاقبة على السلوك الذي لوحظ في الدراسة ، Codecido et al. حساب هيكل الفرقة تموج في النسيج لجهاز tBLG باستخدام نموذج بيستريتزر ماكدونالد مع المعلمات المكررة.
حسابات هياكل الفرقة الإلكترونية من 0.93 درجة tBLG. (أ) تشتت الطاقة. (ب) كثافة الدول (DOS). في الحصول على DOS من بنية الشريط ، تم استخدام 1 مللي فولت لفاصل الطاقة ، وتم اعتبار تنكس وادي المغزل. الائتمان: العلوم المتقدمة ، دوي: 10.1126 / sciadv.aaw9770
على النقيض من الحسابات السابقة للزاوية السحرية ، أظهر فريق البحث أن عصابات تموج في النسيج منخفضة الطاقة لم تكن معزولة بقوة عن نطاقات الطاقة العالية. على الرغم من أن زاوية الالتواء الخاصة بالجهاز كانت أصغر من الزاوية السحرية المحسوبة في مكان آخر ، فقد استضاف الجهاز ظواهر (عازلة تشبه Mott ووصلة فائقة التوصيل) ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالدراسات السابقة. وجد الفيزيائيون أن هذا غير متوقع ومرغوب فيه.
في تقييم إضافي للسلوك بكثافة كبيرة (عدد الحالات المتاحة في كل طاقة) ، أرجع العلماء الميزات المرصودة إلى حالة عازلة مرتبطة جديدة ناشئة. يقترحون إجراء دراسات إضافية دقيقة لكثافة الحالات (DOS) في المستقبل لفهم حالات العزل الغريبة وتحديد ما إذا كان يمكن تصنيفها على أنها سوائل الدوران الكمومي أم لا.
وبهذه الطريقة ، لاحظ Emilio Codecido وزملاؤه الموصلية الفائقة بالقرب من حالة عازلة تشبه Mott داخل جهاز ثنائي الطبقة ملتوية بزاوية صغيرة (0.93 درجة). أظهر العمل تأثير الارتباط الإلكترون على خواص شبكات تموج في النسيج حتى في هذه الزوايا الصغيرة والكثافة العالية. سوف يبحث العمل المستقبلي في ترتيب الدوران في المراحل العازلة والتحقيقات في درجات حرارة منخفضة في بحثهم عن مراحل التوصيل الفائق الجديدة. سيتم ربط الدراسات التجريبية بالجهود النظرية لفهم أصول هذا السلوك.
ليست هناك تعليقات: