Forskere tager et direkte billede af magiske vinklede snoede grafenark

Godt et år efter, at forskere ved MIT bedøvede fysikverdenen med opdagelsen af ​​den "magiske vinkel" for stablede ark med grafen, forskere ved Caltech har direkte observeret og studeret dette materiale ved hjælp af et scanningstunnelmikroskop, der kan forestille elektroniske egenskaber ved atomslængde.

At forstå den "magiske vinkel"-en specifik orientering mellem det stablede grafen, der giver særlige elektriske egenskaber-kunne bane vejen for at realisere drømmen om stuetemperatur-superledere, som kunne overføre enorme elektriske strømme, mens der produceres nul varme.

Men først:hvad er den magiske vinkel? Sig, at du tager to ark grafen-enkeltatome tykke gitter af kulstofatomer-og lægger det ene oven på det andet for at skabe et dobbeltlagsmateriale, Drej derefter et af arkene af grafen for at flytte deres orientering til hinanden. Når orienteringen skifter, de elektroniske egenskaber ved dobbeltlagsmaterialet vil ændre sig med det. I begyndelsen af ​​2018, forskere ved MIT opdagede, at i en bestemt retning (ca. 1,1 grader af relativ vridning), dobbeltlagsmaterialet, overraskende, bliver superledende og desuden de superledende egenskaber kan styres med de elektriske felter. Deres opdagelse lancerede et nyt forskningsfelt inden for magisk vinkelorienteret grafen, kendt som "twistronics".

Ingeniører og fysikere hos Caltech har bygget videre på denne opdagelse ved at generere et billede af atomstrukturen og elektroniske egenskaber ved magisk vinkel-snoet grafen, giver ny indsigt i fænomenet ved at tilbyde en mere direkte måde at studere det på. Et papir om deres arbejde blev offentliggjort i tidsskriftet Naturfysik den 5. august.

"Dette trækker ligklædet tilbage på twistronics, "siger Caltechs Stevan Nadj-Perge, tilsvarende forfatter til papiret og adjunkt i anvendt fysik og materialevidenskab i afdeling for teknik og anvendt videnskab.

Forskning i den magiske vinkel kræver et ekstremt præcisionsniveau for at få de to ark grafen justeret i den helt rigtige vinkel. Gamle teknikker til at gøre det nødvendiggjorde indlejring af grafen i et isolerende materiale, som havde den uheldige bivirkning at forhindre direkte undersøgelse af prøven. I stedet, forskere skulle bruge indirekte metoder til at undersøge grafenprøven - f.eks. ved at tage målinger af, hvordan elektroner strømmer igennem det. Nadj-Perge og hans kolleger udviklede en ny metode til at oprette prøver af magisk vinkel-snoet grafen, der kan bruges til at justere de to ark grafen meget præcist, mens det efterlades udsat for direkte observation.

Ved hjælp af denne teknik, forskerne kunne lære mere om materialets elektroniske egenskaber i den magiske vinkel samt studere, hvordan disse egenskaber ændres, når vridningsvinklen bevæger sig væk fra den magiske værdi. Deres arbejde gav flere vigtige indsigter, der vil guide fremtidig teoretisk modellering og eksperimenter, herunder observationen af, at den elektroniske korrelation spiller en vigtig rolle nær ladningsneutralitetspunktet-den vinkel, hvor tolaget er elektronisk neutralt.

"Tidligere har man mente, at korrelationseffekter ikke spiller en stor rolle for ladningsneutralitet, "Siger Nadj-Perge." Tættere på, mere detaljeret undersøgelse af prøver som dette kan hjælpe os med at forklare, hvorfor de eksotiske elektroniske effekter nær den magiske vinkel eksisterer. Når vi ved det, vi kunne hjælpe med at bane vejen for nyttige applikationer af det, måske endda føre til stuetemperatur superledning en dag. "

Papiret har titlen "Elektroniske korrelationer i snoet to -lags grafen nær den magiske vinkel."