آبشار مجموعه صحنه را برای ابررسانايی در سحر و جادو-زاویه پیچ خورده bilayer گرافن

جای یک ورق کربن بالای دیگری در یک زاویه کمی و قابل توجه خواص ظهور از جمله بسیار باارزش مقاومت-رایگان جریان شناخته شده به عنوان ابررسانايی.

در حال حاضر یک تیم از محققان در دانشگاه پرینستون است به دنبال ریشه های این رفتار غیر معمول در یک ماده شناخته شده به عنوان سحر و جادو-زاویه پیچ خورده bilayer گرافن و شناسایی امضا از یک آبشار از انتقال انرژی است که می تواند کمک به توضیح دهید که چگونه ابررسانايی مطرح می شود در این مواد است. مقاله آنلاین منتشر شده در 11 ژوئن در مجله طبیعت.

"این مطالعه نشان می دهد که الکترون در سحر و جادو-زاویه گرافن در یک بسیار با هم در ارتباط دولت حتی قبل از این مواد می شود ابررسانا گفت: "علی یزدانی کلاس 1909 استاد فیزیک رهبر تیم ساخته شده است که کشف. "ناگهانی تغییر انرژی در زمانی که ما اضافه کردن و یا حذف یک الکترون در این آزمایش مستقیم فراهم می کند اندازه گیری از قدرت تعامل بین الکترون."

این مهم است زیرا این انرژی جهش ارائه یک پنجره را به جمعی رفتار الکترون ها مانند ابررسانایی که ظهور در سحر و جادو-زاویه پیچ خورده bilayer گرافن ماده ای تشکیل شده از دو لایه از گرافن در آن بالا ورق چرخش با زاویه کمی نسبت به دیگر.

در هر روز فلزات الکترون ها آزادانه می تواند حرکت کند از طریق مواد, اما برخورد میان الکترونها و از ارتعاش اتم ها منجر به مقاومت و از دست دادن برخی از انرژی الکتریکی به گرما - به همین دلیل است که دستگاه های الکترونیکی گرم در طول استفاده از.

در ابررسانا مواد الکترون ها همکاری کنند. "الکترون نوع رقص با یکدیگر گفت:" بیاو لیان یک فوق دکتری پژوهش های مرتبط در پرینستون مرکز برای نظری که علم را تبدیل به یک دستیار استاد فیزیک این سقوط و یکی از اولین نویسندگان این مطالعه است. "آنها را به همکاری برای رفتن به چنین قابل توجه دولت است."

توسط برخی از اقدامات سحر و جادو-زاویه گرافن کشف دو سال پیش توسط پابلو Jarillo-Herrero و تیم خود را در موسسه تکنولوژی ماساچوست (MIT) یکی از قوی ترین ابررساناهای تا کنون کشف شده است. ابررسانایی نسبتا قوی در این سیستم حتی اگر آن رخ می دهد بسیار کمی وجود دارد آزادانه حرکت الکترون.

محققان مجموعه ای از برای کشف چگونه منحصر به فرد ساختار کریستال سحر و جادو-زاویه گرافن را قادر می سازد تا رفتار اجتماعی. الکترون نه تنها منفی بلکه دو ویژگی های دیگر: تکانه زاویه ای و یا "چرخش" و حرکات ممکن است در ساختار بلوری شناخته شده به عنوان "ولی" متحده است. ترکیبی از چرخش و دره را تشکیل می های مختلف "طعم" از الکترون.

این تیم به خصوص می خواستم به می دانم که چگونه این طعم تاثیر می گذارد جمعی رفتارهای بنابراین آنها با انجام آزمایش های خود را در دماهای فقط کمی بالاتر از نقطه که در آن الکترون تبدیل شده به شدت در تعامل است که محققان تشبیه به پدر و مادر فاز از رفتارها.

"ما اندازه گیری نیروی بین الکترون ها در مواد در دماهای بالاتر به این امید که درک این نیرو به ما کمک خواهد کرد درک ابررسانا که آن را می شود در دمای پایین و گفت:" دیلون ونگ یک محقق فوق دکترا در پرینستون مرکز مجتمع مواد و co-نویسنده اول.

آنها با استفاده از یک ابزار به نام یک اسکن میکروسکوپ تونل زنی که در یک رسانا فلز نکته می توانید اضافه کردن و یا حذف یک الکترون از سحر و جادو-زاویه گرافن و تشخیص دهد و در نتیجه انرژی دولت که الکترون.

چرا که به شدت در تعامل الکترون مقاومت علاوه بر این از یک الکترون در آن برخی از هزینه های انرژی برای اضافه کردن اضافی الکترون. محققان اندازه گیری می تواند این انرژی و از آن تعیین قدرت تعامل نیروی.

"من به معنای واقعی کلمه قرار دادن یک الکترون در و دیدن چه مقدار انرژی و هزینه آن برای پرتاب این الکترون به تعاونی حمام" گفت: Kevin Nuckolls یک دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشکده فیزیک نیز یک co-نویسنده اول.

این تیم نشان داد که علاوه بر این از هر الکترون ناشی از یک جهش در میزان انرژی مورد نیاز برای اضافه کردن یکی دیگر - که نمی توانست مورد اگر الکترون قادر به رفتن به کریستال و سپس حرکت آزادانه در میان اتم. نتیجه آبشار از انتقال انرژی حاصل از انرژی پرش برای هر یک از الکترون " طعم - پس از الکترون نیاز به فرض کمترین انرژی دولت ممکن است در حالی که همچنین در حال از همان انرژی و همان عطر و طعم به عنوان الکترون دیگر در همان محل در کریستال.

یک سوال کلیدی در این زمینه این است که چگونه قدرت برهمکنش بین الکترون ها در مقایسه با سطح انرژی که الکترون ها را داشته اند در صورت عدم وجود چنین فعل و انفعالات. در رایج ترین و کم دماى بالا این است که یک اصلاح کوچک اما نادر در ابررساناهای دمای بالا-برهمکنش میان الکترون ها بر این باور هستند که تغییر سطح انرژی الکترون ها به طور چشمگیری. ابررسانایی در حضور چنین نمایشی تاثیر تعاملات میان الکترون ها بسیار ضعیف است.

کمی اندازه گیری ناگهانی تغییرات شناسایی شده توسط محققان تایید تصویر است که سحر و جادو-زاویه گرافن متعلق به کلاس ابررساناهای با تعامل قوی میان الکترون ها.

گرافن یک تک اتم-نازک لایه از اتم های کربن است که با توجه به خواص شیمیایی کربن خود را به ترتیب در یک تخت شبکه لانه زنبوری. محققان به دست آوردن گرافن با در نظر گرفتن نازک بلوک گرافیت - همان خالص کربن مورد استفاده در مداد - و از بین بردن لایه با استفاده از نوار چسب.

آنها سپس پشته دو اتم-لایه های نازک و چرخش لایه دقیقا 1.1 درجه - سحر و جادو زاویه. انجام این کار باعث می شود که مواد به تبدیل به ابررسانا یا رسیدن غیر معمول عایق و یا خواص مغناطیسی.

"اگر شما در 1.2 درجه آن بد است. آن را, آن را فقط یک مطلوب فلز. وجود دارد هیچ چیز جالب اتفاق می افتد. اما اگر شما در 1.1 درجه شما ببینید این همه جالب رفتار" Nuckolls گفت.

این انحراف باعث ایجاد یک آرایش شناخته شده به عنوان تکنيک ماره الگوی شباهت آن به یک پارچه.

برای انجام این آزمایش محققان ساخته شده است یک اسکن میکروسکوپ تونل زنی در زیرزمین پرینستون فیزیک ساختمان Jadwin سالن. پس بلند است که آن را اشغال دو طبقه میکروسکوپ نشسته است در بالای یک گرانیت دال که شناور در هوا چشمه. "ما نیاز به جداسازی تجهیزات بسیار دقیق به دلیل آن است که بسیار حساس به ارتعاشات" گفت: Myungchul اوه فوق دکتری پژوهش های همکار و شرکت-نویسنده اول.

دیلون وانگ, Kevin Nuckolls, Myungchul آه و بیاو لیان کمک به همان اندازه به کار می کنند.

کمک های اضافی ساخته شد Yonglong شیه که دکترای خود را در سال 2019 است و در حال حاضر یک پژوهشگر فوق دکترا در دانشگاه هاروارد; Sangjun Jeon که در حال حاضر دستیار استاد در Chung-Ang دانشگاه در سئول; Kenji واتانابه و تاکاشی Taniguchi از موسسه ملی علوم مواد (NIMS) در ژاپن; و پرینستون استاد فیزیک B. آندره Bernevig.

مشابه آبشار الکترونیکی انتقال فاز بود که در یک مقاله منتشر شده به طور همزمان در طبیعت در ژوئن 11 توسط یک تیم به رهبری توسط Shahal Ilani در موسسه علوم وایزمن در اسرائیل و شامل Jarillo-Herrero و همکارانش در MIT تاکاشی Taniguchi و کنجی واتانابه از NIMS ژاپن و محققان در دانشگاه آزاد برلین.

"این وایزمن تیم مشاهده همان انتقال به عنوان ما به طور کامل با روش های مختلف" یزدانی گفت. "آن را خوب است برای دیدن که داده های خود را سازگار با هر دو اندازه گیری های ما و ما تفسیر است."

###

مطالعه "آبشار الکترونیکی انتقال در سحر و جادو-زاویه پیچ خورده bilayer گرافن" توسط دیلون وانگ, Kevin P. Nuckolls, Myungchul اوه بیاو لیان, Yonglong Xie Sangjun Jeon, Kenji Watanabe, تاکاشی Taniguchi, B. آندره Bernevig و علی یزدانی منتشر شد 11 ژوئن در مجله طبیعت.

این مطالعه با پشتیبانی در درجه اول توسط گوردون و بتی مور بنیاد EPiQS ابتکار و دپارتمان انرژی ایالات متحده. بودجه اضافی ارائه شده توسط بنیاد ملی علوم از جمله MRSEC برنامه از طریق پرینستون مرکز مجتمع مواد; اکسون موبیل از طریق Andlinger مرکز انرژی و محیط زیست در پرینستون و پرینستون تجزیه ابتکار. پشتیبانی نیز ارائه شده توسط وزارت آموزش و پرورش, فرهنگ, ورزش, علم و تکنولوژی از ژاپن; A3 دوراندیشی; ژاپن علوم و فناوری سازمان ؛ سایمونز بنیاد; دیوید و Lucile Packard بنیاد و اریک و وندی اشمیت صندوق برای تحول تکنولوژی در پرینستون.