I et hav af magiske vinkler holder twistons elektroner til at strømme gennem tre lag grafen

Opdagelsen af ​​superledning i to aldrig så lidt snoede lag af grafen skabte bølger for et par år siden i kvantematerialesamfundet. Med kun to atomtynde plader af kulstof havde forskere opdaget en simpel enhed til at studere den modstandsfri strøm af elektricitet, blandt andre fænomener relateret til bevægelse af elektroner gennem et materiale.

Men vridningsvinklen mellem de to lag skal være helt rigtig - ved den såkaldte "magiske" vinkel på 1,1 grader - for at fænomenerne kan observeres. Det skyldes, at atomer i lagene ønsker at modstå vridningen og 'slappe af' tilbage til en vinkel på nul, forklarer Joshua Swann, en Ph.D. studerende i Dean Lab i Columbia. Når magiske vinkler forsvinder, forsvinder superledning også.

Tilføjelse af et tredje lag grafen forbedrer chancerne for at finde superledning, men årsagen var uklar. At skrive i videnskab , afslører forskere ved Columbia nye detaljer om den fysiske struktur af trelagsgrafen, der hjælper med at forklare, hvorfor tre lag er bedre end to til at studere superledning.

Ved hjælp af et mikroskop, der var i stand til at afbilde ned til niveauet af individuelle atomer, så holdet, at grupper af atomer i nogle områder var ved at slynge sig op i det, Simon Turkel, en Ph.D. studerende i Pasupathy Lab, kaldet "twistons". Disse twistons optrådte på en velordnet måde, hvilket gjorde det muligt for enheden som helhed bedre at bevare de magiske vinkler, der er nødvendige for, at superledning kan opstå.

Det er et opmuntrende resultat sagde Swann, der byggede enheden til undersøgelsen. "Jeg har lavet 20 eller 30 tolags grafenenheder og set måske to eller tre, der superleder," sagde han. "Med tre lag kan du udforske egenskaber, der er svære at studere i tolagssystemer."

Disse egenskaber overlapper med en klasse af komplekse materialer kaldet cuprates, som superleder ved en relativt høj temperatur på -220 °F. En bedre forståelse af oprindelsen af ​​superledning kan hjælpe forskere med at udvikle ledninger, der ikke mister energi, da de leder elektricitet, eller enheder, der ikke skal holdes ved dyre at opretholde lave temperaturer.

I fremtiden håber forskerne at forbinde det, de ser i deres scanninger, med målinger af kvantefænomen i trelags enheder. "Hvis vi kan kontrollere disse twistons, som alle afhænger af vinkelmisforholdet mellem de øverste og nederste lag af enheden, kan vi lave systematiske undersøgelser af deres effekter på superledningsevne," sagde Turkel. "Det er et spændende åbent spørgsmål." + Udforsk yderligere

Undersøgelse forbedrer forståelsen af ​​superledning i magisk vinkel snoet trelags grafen