Schematisk för dubbelskiktsgeometrin som används för att studera inverkan av Coulomb-screening på vriden treskiktsgrafen. I detta schema separeras vriden treskiktsgrafen (blått och rött skikt) från bernal biskiktsgrafen (svart dubbelskikt) av en tunn isolator (försummad för tydlighetens skull) som är 2nm tjock. Hela denna struktur är inkapslad med två grafitstyrelektroder upptill och nedtill, för att ge möjligheten att justera densiteten i varje lager oberoende av varandra. Kredit:Liu et al.
Under de senaste åren har fysiker och materialforskare upptäckt flera nya plattformar för att studera korrelerade faser av materia, såsom supraledning och den korrelerade isolatorfasen. Bland dem finns magisk vinkel vriden treskiktsgrafen, en supraledare som upptäckts av ett forskarlag vid Massachusetts Institute of Technology. Detta material består av tre ark grafen staplade tillsammans, med en rotationsförskjutning på cirka 1,5 grader.
Tidigare studier fann att magisk vinkel vriden treskiktsgrafen uppvisar supraledning vid anmärkningsvärt höga magnetfält, mycket högre än de den skulle kunna uthärda om det var en konventionell supraledare. Även om supraledningsförmågan hos detta material nu är allmänt dokumenterad, är dess grundfysik ännu inte helt klarlagd.
Forskare vid Brown University har nyligen genomfört en studie som ytterligare undersöker supraledning i vriden treskiktsgrafen. Deras artikel, publicerad i Nature Physics , introducerar viktiga begränsningar som skulle kunna forma befintliga teoretiska modeller för supraledning.
"Några tidigare experiment visade att den supraledande fasen i magisk vinkel vriden treskiktsgrafen överlever till ett stort externt magnetfält som bryter mot den så kallade Pauli-gränsen, där elektronpar med motsatta spinnriktningar förväntas förstöras," Jia Leo Li , berättade en av forskarna som genomförde studien för Phys.org. "Det faktum att supraledning bryter mot denna gräns ger en stark indikation på att elektronsnurr i ett Cooper-par är inriktade i samma riktning."
Huvudsyftet med det senaste arbetet av Li och hans kollegor vid Brown University var att bättre förstå det ovanliga supraledande beteende som observerats i magisk vinkel vriden treskiktsgrafen. För att göra detta använde teamet en teknik som kallas Coloumb-screening, som gör det möjligt för forskare att undersöka rollen av Coulomb-interaktioner för att stabilisera den supraledande fasen. I slutändan ledde detta till nya rön som berikar den nuvarande förståelsen av mekanismen bakom supraledning i det lovande nya materialet.
"Förra året visade vi att man direkt kan manipulera styrkan i Coulomb-interaktionen med hjälp av en specialdesignad 2D-material hetersotructure", säger Jia Li, biträdande professor i fysik vid Brown och motsvarande författare till forskningen. "Supraledningsförmågans reaktion på varierande Coulomb-interaktion säger oss något viktigt om det systemet. I det här fallet visade vi att svagare Coulomb-interaktion stärker supraledning."
Screeningstekniken som användes av Li och hans kollegor avslöjades av dem i en av deras tidigare studier, ledd av Xiaoxue Liu. Liu är en postdoktorand forskare vid Brown University och en pionjär inom studiet av grafenmoiré-system som använder 2D-materialstrukturer med komplex design.
"Skärningsmätningen vi samlade in i vriden treskiktsgrafen visar liknande resultat jämfört med samma mätning som utfördes på tvåskiktsgrafen med magisk vinkel, vilket tyder på att supraledande faser i dessa två system har ett gemensamt ursprung," sa Li. "Vårt mest anmärkningsvärda resultat är att (parnings)limmet för den supraledande fasen i vriden treskiktsgrafen verkar konkurrera mot Coulomb-interaktion."
Fynden erbjuder värdefull ny insikt som avsevärt främjar den nuvarande förståelsen av supraledning i vridna grafenstrukturer. I framtiden planerar teamet att undersöka denna lovande struktur ytterligare, samtidigt som de använder samma teknik som användes i deras senaste studie för att undersöka andra material.
"Beteendet vi observerade ger starkt stöd för en grupp teoretiska modeller, medan det utesluter en annan grupp av möjligheter," tillade Li. "Coulomb-screening är en kraftfull teknik. Vi planerar nu att tillämpa samma teknik för att lära oss mer om supraledande faser i 2D-material." + Utforska vidare
© 2022 Science X Network
