In de afgelopen jaren hebben natuurkundigen en materiaalwetenschappers verschillende nieuwe platforms ontdekt voor het bestuderen van gecorreleerde fasen van materie, zoals supergeleiding en de gecorreleerde isolatorfase. Onder hen is onder een magische hoek gedraaid drielaags grafeen, een supergeleider die is ontdekt door een onderzoeksteam van het Massachusetts Institute of Technology. Dit materiaal bestaat uit drie op elkaar gestapelde vellen grafeen, met een rotatiefout van ongeveer 1,5 graad.

Eerdere studies hebben aangetoond dat grafeen met een magische hoek, gedraaid uit drie lagen, supergeleiding vertoont bij opmerkelijk hoge magnetische velden, veel hoger dan de velden die het zou kunnen verdragen als het een conventionele supergeleider was. Hoewel de supergeleiding van dit materiaal nu algemeen is gedocumenteerd, wordt de onderliggende fysica ervan nog niet volledig begrepen.

Onderzoekers van Brown University hebben onlangs een onderzoek uitgevoerd naar supergeleiding in gedraaid drielaags grafeen. Hun paper, gepubliceerd in Nature Physics , introduceert belangrijke beperkingen die vorm kunnen geven aan bestaande theoretische modellen van supergeleiding.

"Een paar eerdere experimenten toonden aan dat de supergeleidende fase in met een magische hoek gedraaid drielaags grafeen overleeft tot een groot extern magnetisch veld dat de zogenaamde Pauli-limiet schendt, waar verwacht wordt dat elektronenparen met tegengestelde spinoriëntaties worden vernietigd," Jia Leo Li , vertelde een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerden aan Phys.org. "Het feit dat supergeleiding deze limiet overschrijdt, geeft een sterke aanwijzing dat elektronenspins in een Cooper-paar in dezelfde richting zijn uitgelijnd."

Het belangrijkste doel van het recente werk van Li en zijn collega's aan de Brown University was om het ongewone supergeleidende gedrag dat wordt waargenomen in met een magische hoek gedraaid drielaags grafeen beter te begrijpen. Om dit te doen, gebruikte het team een ​​techniek genaamd Coloumb-screening, waarmee wetenschappers de rol van Coulomb-interacties bij het stabiliseren van de supergeleidende fase kunnen onderzoeken. Uiteindelijk leidde dit tot nieuwe bevindingen die het huidige begrip van het mechanisme dat ten grondslag ligt aan supergeleiding in het veelbelovende nieuwe materiaal, verrijken.

"Vorig jaar hebben we aangetoond dat je de kracht van de Coulomb-interactie direct kunt manipuleren met behulp van een speciaal ontworpen 2D-materiaalhetersostructuur", zegt Jia Li, een assistent-professor natuurkunde bij Brown en corresponderende auteur van het onderzoek. "De reactie van supergeleiding op wisselende Coulomb-interactie vertelt ons iets belangrijks over dat systeem. In dit geval hebben we aangetoond dat zwakkere Coulomb-interactie supergeleiding versterkt."

De screeningtechniek die door Li en zijn collega's werd gebruikt, werd door hen onthuld in een van hun eerdere onderzoeken, geleid door Xiaoxue Liu. Liu is een postdoctoraal onderzoeker aan de Brown University en een pionier in de studie van grafeen-moiré-systemen met behulp van 2D-materiaalstructuren met een complex ontwerp.

"De screeningmeting die we hebben verzameld in gedraaid drielaags grafeen toont vergelijkbare resultaten in vergelijking met dezelfde meting die is uitgevoerd op een dubbele laag van grafeen met een magische hoek, wat suggereert dat supergeleidende fasen in deze twee systemen een gemeenschappelijke oorsprong hebben," zei Li. "Ons meest opvallende resultaat is dat de (paar)lijm voor de supergeleidende fase in gedraaid drielaags grafeen lijkt te concurreren met Coulomb-interactie. "

De bevindingen bieden waardevol nieuw inzicht dat het huidige begrip van supergeleiding in gedraaide grafeenstructuren aanzienlijk verbetert. In de toekomst is het team van plan om deze veelbelovende structuur verder te onderzoeken, terwijl ze dezelfde techniek gebruiken die in hun recente studie is gebruikt om andere materialen te onderzoeken.

"Het gedrag dat we hebben waargenomen, biedt sterke ondersteuning voor een groep theoretische modellen, terwijl het een andere groep mogelijkheden uitsluit", voegde Li eraan toe. "Coulomb-screening is een krachtige techniek. We zijn nu van plan om dezelfde techniek toe te passen om meer te leren over supergeleidende fasen in 2D-materialen." + Verder verkennen

De waarneming van gecorreleerde toestanden en supergeleiding in gedraaid drielaags grafeen

© 2022 Science X Network