Fysikere viser en ny Mott-tilstand i snoede grafen-dobbeltlag i 'magisk vinkel'

Fysikere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) har opdaget en ny Mott-tilstand i snoede grafen-dobbeltlag ved den "magiske vinkel" på 1,1 grader. Denne nye stoftilstand, karakteriseret ved stærke interaktioner mellem elektroner og dannelsen af ​​en isolerende fase, giver ny indsigt i fysikken i korrelerede elektronsystemer og har potentielle implikationer for kvanteinformationsbehandling og andre teknologiske anvendelser.

Grafen, et todimensionelt materiale lavet af kulstofatomer arrangeret i et sekskantet gitter, har været genstand for intens forskning på grund af dets bemærkelsesværdige elektroniske egenskaber og potentielle anvendelser inden for nanoelektronik. Ved at stable to grafenlag oven på hinanden og rotere dem i en lille vinkel, kan forskere skabe et system kendt som snoede grafen-dobbeltlag. Ved en specifik "magisk vinkel" på 1,1 grader undergår de elektroniske egenskaber af disse dobbeltlag en dramatisk ændring, hvilket fører til dannelsen af ​​korrelerede elektrontilstande.

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature observerede MIT-holdet, ledet af Pablo Jarillo-Herrero og Yuan Cao, en ny Mott-tilstand i snoede grafen-dobbeltlag i den magiske vinkel. Ved at bruge en kombination af elektriske transportmålinger og scanning tunnelmikroskopi fandt de ud af, at systemet gennemgår en metal-til-isolator-overgang, når temperaturen sænkes, i overensstemmelse med dannelsen af ​​en Mott-tilstand. Desuden observerede de en usædvanlig sameksistens af lokaliserede og delokaliserede elektroner, hvilket tyder på et komplekst samspil af interaktioner i dette system.

Mott-tilstanden fundet i snoede grafen-dobbeltlag er i modsætning til dem, der observeres i konventionelle overgangsmetaloxider, hvor interaktionerne er drevet af Coulomb-frastødningen mellem elektroner lokaliseret på atomare steder. I snoet grafen opstår interaktionerne fra den unikke båndstruktur, der opstår i den magiske vinkel, hvilket fører til en anden mekanisme for dannelsen af ​​Mott-tilstanden.

Denne nye Mott-tilstand har potentielle konsekvenser for udviklingen af ​​kvanteinformationsteknologier. De lokaliserede elektroner i Mott-tilstanden kunne tjene som qubits, de grundlæggende enheder af kvanteinformation. Desuden giver tunbarheden af ​​interaktionerne og de elektroniske egenskaber af snoede grafen-dobbeltlag ved at variere snoningsvinklen en alsidig platform til at studere korrelerede elektronsystemer og kvantefænomener.

Opdagelsen af ​​romanen Mott-tilstand i snoede grafen-dobbeltlag i den magiske vinkel åbner nye veje for udforskning af kondenseret stofs fysik og kvantematerialer. Yderligere forskning på dette område kan føre til en dybere forståelse af korrelerede elektronsystemer og bane vejen for udviklingen af ​​nye kvanteteknologier.