Observation af korrelerede tilstande og superledningsevne i snoet trelagsgrafen

Når to lag af grafen eller af andre todimensionelle (2D) materialer stables oven på hinanden med en lille vinkelforskydning, er krystalgitterne, der produceres af hvert lag, rumligt 'usynkroniserede'. Dette resulterer i et unikt strukturelt mønster kendt som moiré supergitter.

I de senere år har mange fysikere undersøgt egenskaber og karakteristika ved moiré-supergitter, da de har vist sig at være særligt lovende for udviklingen af ​​nye kvanteteknologier. De fleste af disse undersøgelser har fokuseret på snoet tolagsgrafen, et materiale bestående af to lag grafen stablet oven på hinanden og roteret med en lille snoet vinkel.

Forskere ved University of Minnesota og Harvard University har for nylig udført en undersøgelse, der undersøger egenskaberne af snoet trelagsgrafen, som består af tre stablede lag af grafen med to på hinanden følgende små snoningsvinkler. Deres papir, udgivet i Physical Review Letters , tilbyder bevis for korrelerede isoleringstilstande og transportsignaturen for superledning i materialet.

"Det blev tidligere påvist, at snoet tolagsgrafen kan blive superledende med en præcist indstillet snoningsvinkel," fortalte Ke Wang, en af ​​forskerne, der udførte undersøgelsen, til Phys.org. "De snoede dobbeltlag er meget justerbare med hensyn til materialeparametre og elektrostatik, hvilket tillader ny indsigt i forståelsen af ​​korreleret elektronfysik og lover nye potentielle kvanteelektronikapplikationer."

Ved at tilføje et tredje lag grafen producerede Wang og hans kolleger en struktur, som de kaldte 'moiré of moiré' supergitter. De undersøgte derefter denne struktur og forsøgte bedre at forstå dens egenskaber og karakteristika.

"Vores seneste arbejde tilføjer en 3 ^rd lag af grafen for at danne et snoet trelag," forklarede Wang. "De to supergitter fra lag 1-2 og lag 2-3 er igen 'ude af synkronisering', hvilket giver anledning til et supergitter af højere orden, som vi henviser til som 'moiré af moiré supergitter'. Vi køler derefter systemet ned til lav temperatur (10mK - 20K) og studerer dets elektroniske transportadfærd."

Den højere ordens 'moiré af moiré-supergitter' i snoet trelagsgrafen ser ud til at udvise meget indviklet fysik, både strukturelt og elektronisk. For eksempel udviser materialet transportsignaturen for superledning ved en ekstremt lav elektrondensitet (~ 10 ¹⁰ cm ^-2 ), to størrelsesordener mindre end elektrontætheder rapporteret i tidligere artikler.

"Vores eksperimentelle resultater kaster også vigtigt nyt lys på forståelsen af ​​superledning i grafen," sagde Wang. "Det blev tidligere antaget, at elektroner skal isoleres energisk, før de kan give anledning til superledning i grafen, men vores eksperiment synes at antyde noget andet."

I fremtiden kan det nye materiale, som dette team af forskere studerer, vise sig at være yderst værdifuldt til fremstilling af ny teknologi, især kvanteelektronik og computerplatforme. Desuden kunne resultaterne indsamlet af Wang og hans kolleger inspirere andre forskerhold til også at studere potentialet af snoet trelagsgrafen eller andre systemer, der kan give anledning til et 'moiré of moiré' supergitter.

"Det materiale, vi afslørede, kunne være en lovende atomisk ren superleder, der kan tunes elektrostatisk med ekstremt lav bæretæthedsændring, hvilket er ønskeligt for fremtidige kvanteelektroniske enheder," tilføjede Wang. "For bedre at forstå dets potentielle anvendelser planlægger vi nu at studere de strukturelle egenskaber af snoet trelagsgrafen ved hjælp af forskellige mikroskopiteknikker og fremstille gate-definerede nanostrukturer for at sondere og manipulere nye kvantefænomener, der kunne opstå fra systemet." + Udforsk yderligere

Forskere observerer interband kollektive excitationer i snoet dobbeltlagsgrafen

© 2021 Science X Network