Fysikere gør grafen opdagelse, der kan hjælpe med at udvikle superledere

Når to mesh-skærme er overlejret, smukke mønstre vises, når en skærm er forskudt. Disse "moiré-mønstre" har længe fascineret kunstnere, videnskabsmænd og matematikere og har fundet anvendelser inden for trykning, mode og pengesedler.

Nu, et Rutgers-ledet team har banet vejen for at løse et af de mest vedvarende mysterier inden for materialefysik ved at opdage, at i nærværelse af et moiré-mønster i grafen, elektroner organiserer sig i striber, som soldater i formation.

Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet Natur , kunne hjælpe med at søge efter kvantematerialer, såsom superledere, som ville fungere ved stuetemperatur. Sådanne materialer ville dramatisk reducere energiforbruget ved at gøre strømtransmission og elektroniske enheder mere effektive.

"Vores resultater giver et væsentligt fingerpeg om mysteriet, der forbinder en form for grafen, kaldet snoet dobbeltlagsgrafen, til superledere, der kunne arbejde ved stuetemperatur, "sagde seniorforfatter Eva Y. Andrei, Board of Governors professor i Institut for Fysik og Astronomi i School of Arts and Sciences ved Rutgers University-New Brunswick.

Grafen - et atomisk tyndt lag af grafitten, der bruges i blyanter - er et net lavet af kulstofatomer, der ligner en bikage. Det er en god leder af elektricitet og meget stærkere end stål.

Det Rutgers-ledede hold studerede snoet tolagsgrafen, skabt ved at overlejre to lag grafen og forskyde dem lidt. Dette skaber en "snoningsvinkel", der resulterer i et moiré-mønster, som ændrer sig hurtigt, når vridningsvinklen ændres.

I 2010 Andrei's team opdagede, at udover at være smuk, moiré -mønstre dannet med snoet to -lags grafen har en dramatisk effekt på materialets elektroniske egenskaber. Dette skyldes, at moiré-mønsteret bremser elektronerne, der leder elektricitet i grafen og glider forbi hinanden med store hastigheder.

Ved en drejningsvinkel på omkring 1,1 grader - den såkaldte magiske vinkel - stopper disse elektroner næsten dødt. De trægte elektroner begynder at se hinanden og interagerer med deres naboer for at bevæge sig i låsetrin. Som resultat, materialet får fantastiske egenskaber som f.eks. superledning eller magnetisme.

Ved at bruge en teknik opfundet af Andreis gruppe til at studere snoet dobbeltlagsgrafen, holdet opdagede en tilstand, hvor elektronerne organiserer sig i striber, der er robuste og svære at bryde.

"Vores team fandt en tæt lighed mellem denne funktion og lignende observationer i højtemperatur superledere, tilvejebringe nyt bevis på den dybe forbindelse, der ligger til grund for disse systemer og åbne vejen for at opklare deres varige mysterium, " sagde Andrei.