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

En fysikgruppe fra University of Oklahoma kaster lys over en ny Mott-tilstand observeret i snoede grafen-dobbeltlag i den 'magiske vinkel' i en nylig undersøgelse offentliggjort i Fysiske anmeldelsesbreve . OU-fysikere viser, at Mott-tilstanden i grafen-dobbeltlag favoriserer ferromagnetisk justering af elektronspin, et uhørt fænomen i konventionelle Mott-isolatorer, og et nyt koncept om den nye isolerende tilstand observeret i snoede grafen-dobbeltlag.

"Vi forsøger at forstå naturen af ​​Mott-staten i dette system, "sagde Bruno Uchoa, lektor i Homer L. Dodge Institut for Fysik og Astrofysik. "Mott-tilstanden, vi foreslog, er en isolerende tilstand, der kan føre til superledning under nogle forhold, er dog forskellig fra Mott-tilstande observeret i andre systemer. Der er grundlæggende forskelle, imidlertid, og det er det, vi studerer."

Mott-fysik er blevet grundigt undersøgt i de sidste årtier i højtemperatur-kuprat-superledere - materialer, der under nogle forhold kan transmittere ladningsstrømme ved relativt høje temperaturer uden at producere nogen varmeafledning. I Mott-fasen, imidlertid, ladningsbærernes bevægelse er begrænset af deres stærke gensidige elektriske frastødning, som fører til isolerende adfærd, når et materiale ikke er i stand til at lede elektricitet.

Det fører også til anti-ferromagnetisme, en tilstand, hvor spinnene på to elektroner, der sidder ved siden af ​​hinanden, er anti-parallelle. Sidstnævnte egenskab er resultatet af Pauli-udelukkelsesprincippet, en af ​​kvantemekanikkens mange eksotiske egenskaber, som siger, at de to elektroner ikke kan indtage samme kvantetilstand. Den nye undersøgelse viser, at Mott-tilstanden i grafen afviger fra andre kendte eksempler på fundamentale måder.

Ved hjælp af to ark grafen snoet i en meget lille vinkel, kendt som den 'magiske vinkel, ' systemet korrelerer med egenskaber set i højtemperatursuperledere. Grafen er lavet af kulstof og det tyndeste materiale i universet, kun et atom tykt. Materialet er som et bikagegitter, så to lag snoet i en meget lille vinkel resulterer i, at elektronerne bevæger sig forskelligt. Det nye arbejde viser, at gitterbegrænsninger pålagt af den lille vridningsvinkel stærkt kan favorisere parallel justering af de elektroniske spins, selv når elektroner kraftigt frastøder hinanden. OU-fysikerne foreslog en ny Mott-tilstand, hvor disse elektroner opfører sig på måder, der ikke er set før.

"Twisted graphene-dobbeltlag er meget lovende til en række teknologiske anvendelser i nanoenheder, " sagde Kangjun Seo, en postdoc i OU-gruppen, som var første forfatter på undersøgelsen. "Dette er et meget interessant og vigtigt fysisk system."

OU -papiret, "Ferromagnetisk Mott-tilstand i snoede grafen-bilag i den magiske vinkel, " for nylig blev offentliggjort i Fysiske anmeldelsesbreve .