Et grafensystem, der fryser elektroner, når temperaturen stiger

To hold af forskere har uafhængigt af hinanden fundet ud af, at der eksisterer en bestemt type grafensystem, hvor elektroner fryser, når temperaturen stiger. Det første hold, med medlemmer fra Israel, USA og Japan, fandt ud af, at anbringelse af et lag grafen oven på et andet og derefter vridning af det ovenpå resulterede i en grafentilstand, hvor elektronerne ville fryse, når temperaturen steg. Og i et forsøg på at forklare, hvad de observerede, de opdagede, at entropien i den næsten isolerende fase var cirka halvdelen af, hvad man ville forvente af frie elektronspin. Det andet hold, med medlemmer fra USA, Japan og Israel, fandt det samme grafensystem og i deres undersøgelse for at forstå deres observationer, de bemærkede, at der opstod et stort magnetisk moment i isolatoren. Begge hold har offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Natur . Biao Lian med Princeton University har udgivet et nyheder og synspunkter, der skitserer arbejdet fra begge hold i samme tidsskriftsudgave.

Når temperaturen omkring de fleste stoffer stiger, partiklerne de er lavet af er exciterede. Dette resulterer i, at faste stoffer smelter til væsker, og væsker bliver til en gas. Dette forklares af termodynamik - højere temperaturer fører til mere entropi, som er en beskrivelse af lidelse. I denne nye indsats, begge hold fandt en undtagelse fra denne regel - et grafensystem, hvor elektroner fryser, når temperaturen stiger.

Grafensystemet var meget enkelt. Begge hold lagde blot et ark grafen oven på et andet og snoede derefter det øverste ark meget lidt. Men det måtte vrides på det, de beskriver som "den magiske vinkel, ", der beskriver en drejning på kun 1 grad. Moiré-mønsteret, der resulterede, førte til lavere hastighed af elektronerne i systemet, hvilket igen førte til mere modstand, bringer systemet tæt på at være en isolator.

Begge hold undersøgte derefter disse observationer nærmere. De gjorde det begge ved at måle entropien af ​​det snoede gitter og fandt ud af, at entropien af ​​højtemperaturfasen var større end for lavtemperaturfasen. Og de fandt begge ud af, at elektronerne i det snoede lag havde både spin og en lavpunktsgrad af frihed, hvilken, de bemærkede, kan beskrives som en isospin. Og de foreslog begge, at da temperaturen i systemet steg, den rykkede tættere på at blive en ferromagnet. Ud over deres resultater vedrørende entropien af ​​den nærisolerende fase, det første hold bemærkede også en pludselig høj top i elektronkompressibilitet. Og det andet hold fandt også ud af, at færre elektroner kunne optage energiniveauer på samme tid, når et magnetfelt blev påført systemet.

© 2021 Science X Network