Undersøgelse forbedrer forståelsen af ​​superledning i magisk vinkel snoet trelagsgrafen

I de senere år har fysikere og materialeforskere afsløret flere nye platforme til at studere korrelerede faser af stof, såsom superledning og den korrelerede isolatorfase. Blandt dem er magisk vinkel snoet trelagsgrafen, en superleder opdaget af et forskerhold ved Massachusetts Institute of Technology. Dette materiale består af tre ark grafen stablet sammen med en rotationsforskydning på cirka 1,5 grader.

Tidligere undersøgelser viste, at magisk vinkel snoet trelags grafen udviser superledning ved bemærkelsesværdigt høje magnetfelter, langt højere end dem, det ville være i stand til at udholde, hvis det var en konventionel superleder. Selvom superledningsevnen af ​​dette materiale nu er bredt dokumenteret, er dets underbyggende fysik endnu ikke fuldt ud forstået.

Forskere ved Brown University har for nylig udført en undersøgelse, der yderligere undersøger superledningsevne i snoet trelagsgrafen. Deres papir, udgivet i Nature Physics , introducerer vigtige begrænsninger, der kunne forme eksisterende teoretiske modeller for superledning.

"Et par tidligere eksperimenter viste, at den superledende fase i magisk vinkel snoet trelagsgrafen overlever til et stort eksternt magnetfelt, der overtræder den såkaldte Pauli-grænse, hvor elektronpar med modsatte spin-orienteringer forventes at blive ødelagt," Jia Leo Li , fortalte en af ​​forskerne, der udførte undersøgelsen, til Phys.org. "Det faktum, at superledning overtræder denne grænse, giver en stærk indikation af, at elektronspin i et Cooper-par er justeret i samme retning."

Hovedformålet med det nylige arbejde af Li og hans kolleger ved Brown University var bedre at forstå den usædvanlige superledende adfærd observeret i magisk vinkel snoet trelags grafen. For at gøre dette brugte holdet en teknik kaldet Coloumb-screening, som gør det muligt for forskere at undersøge rollen som Coulomb-interaktioner i stabiliseringen af ​​den superledende fase. I sidste ende førte dette til nye resultater, der beriger den nuværende forståelse af mekanismen bag superledning i det lovende nye materiale.

"Sidste år demonstrerede vi, at man direkte kan manipulere styrken af ​​Coulomb-interaktionen ved hjælp af en specialdesignet 2D-materiale hetersotructure," sagde Jia Li, en assisterende professor i fysik ved Brown og tilsvarende forfatter til forskningen. "Reaktionen af ​​superledning på varierende Coulomb-interaktion fortæller os noget vigtigt om det system. I dette tilfælde viste vi, at svagere Coulomb-interaktion styrker superledning."

Screeningsteknikken brugt af Li og hans kolleger blev afsløret af dem i en af ​​deres tidligere undersøgelser, ledet af Xiaoxue Liu. Liu er en post-doc forsker ved Brown University og en pioner inden for studiet af grafenmoiré-systemer ved hjælp af 2D-materialestrukturer med komplekst design.

"Screeningsmålingen, vi indsamlede i snoet trelagsgrafen, viser lignende resultater sammenlignet med den samme måling udført på tolag af grafen med magisk vinkel, hvilket tyder på, at superledende faser i disse to systemer har en fælles oprindelse," sagde Li. "Vores mest bemærkelsesværdige resultat er, at (parrings)limen til den superledende fase i snoet trelagsgrafen ser ud til at konkurrere mod Coulomb-interaktion."

Resultaterne giver værdifuld ny indsigt, der markant fremmer den nuværende forståelse af superledningsevne i snoede grafenstrukturer. I fremtiden planlægger holdet at undersøge denne lovende struktur yderligere, mens de også bruger den samme teknik, som blev brugt i deres nylige undersøgelse til at undersøge andre materialer.

"Den adfærd, vi observerede, giver stærk støtte til en gruppe teoretiske modeller, hvorimod den udelukker en anden gruppe af muligheder," tilføjede Li. "Coulomb-screening er en kraftfuld teknik. Vi planlægger nu at anvende den samme teknik for at lære mere om superledende faser i 2D-materialer." + Udforsk yderligere

Observation af korrelerede tilstande og superledning i snoet trelagsgrafen

© 2022 Science X Network