Et glimt inde i en grafen-sandwich

Siden den første vellykkede fremstilling af en todimensionel struktur af kulstofatomer for omkring 20 år siden, har grafen fascineret videnskabsmænd. For et par år siden opdagede forskere, at to lag grafen, let snoet mod hinanden, kan lede elektrisk strøm uden tab. I de seneste år har denne opdagelse fået videnskabsmænd til at udforske sådanne lagdelte materialer mere detaljeret. Et nyligt bemærkelsesværdigt eksempel er spejlsymmetrisk snoet trelagsgrafen, hvor tre lag grafen er stablet med skiftende snoningsvinkler. Det er det første moiré-system, der både kan tunes effektivt med et vinkelret elektrisk felt og eksperimentelt blev demonstreret til at udvise robust superledning sammen med forskellige andre faser. "Dette etablerer trelagsgrafen som en spændende platform for kompleks mange-kropsfysik, men arten af ​​de observerede interaktionsinducerede isolatorer, semi-metaller og superledningsevne forbliver ukendt," siger Mathias Scheurer fra Institut for Teoretisk Fysik ved University of University of Innsbruck.

I et papir offentliggjort i Physical Review X, et hold ledet af Scheurer studerede numerisk og analytisk fasediagrammet for dette system for forskellige antal elektroner pr. moiré-enhedscelle og som en funktion af det elektriske felt. "Dette er et meget udfordrende problem, da systemet har både flade og meget dispersive bånd," siger den teoretiske fysiker. "Ikke desto mindre lykkedes det os at vise, at systemets grundtilstand i fravær af et felt afkobles til et produkt af grundtilstanden af ​​grafen og grundtilstanden for snoet dobbeltlagsgrafen," en egenskab, der efterfølgende er blevet bekræftet af eksperimenter.

Deres resultater fastslår yderligere dominansen af ​​isolerende og semi-metalliske faser i nærvær af et elektrisk felt, som er unikt for trelagssystemet, dvs. ikke realiseres i snoet dobbeltlagsgrafen. "Vi er i stand til at bruge vores resulterende fasediagram for de korrelerede normale tilstande til at begrænse superlederens form," siger Scheurer. "Blandt andre aspekter er de resulterende to superledende kandidattilstande, vi får, i overensstemmelse med den uventede stabilitet af superlederen i magnetfelt set i eksperimentet."

Relevansen af ​​resultaterne for fysikken af ​​snoet trelagsgrafen attesteres yderligere af et efterfølgende samarbejde med gruppen af ​​Abhay Pasupathy fra Columbia University. I en nylig afhandling i Science , rapporterer de scanning tunneling microscopy (STM) data på dette system. "Vi viser, at de målte tunnelspektre udviser betydelige interaktionseffekter, som kvalitativt kan fanges af numerikken i vores arbejde," siger Mathias Scheurer. + Udforsk yderligere

Nematicity er en ny brik i dobbelt tolags grafen fasediagram puslespil