Två team av forskare har oberoende av varandra funnit att det finns en viss typ av grafensystem där elektroner fryser när temperaturen stiger. Det första laget, med medlemmar från Israel, USA och Japan, fann att att placera ett lager grafen ovanpå ett annat och sedan vrida det ovanpå resulterade i ett grafentillstånd där elektronerna skulle frysa när temperaturen steg. Och när de försökte förklara vad de observerade, de upptäckte att entropin i den nästan isolerande fasen var ungefär hälften av vad som skulle förväntas från fria elektronsnurr. Det andra laget, med medlemmar från USA, Japan och Israel, hittade samma grafensystem och i sin undersökning för att förstå sina observationer, de noterade att ett stort magnetiskt moment uppstod i isolatorn. Båda lagen har publicerat sina resultat i tidskriften Natur . Biao Lian med Princeton University har publicerat en News and Views-artikel som beskriver arbetet av båda teamen i samma tidningsnummer.

När temperaturen runt de flesta ämnen stiger, partiklarna de är gjorda av exciteras. Detta resulterar i att fasta ämnen smälter till vätskor och vätskor övergår till en gas. Detta förklaras av termodynamik - högre temperaturer leder till mer entropi, som är en beskrivning av störning. I denna nya ansträngning, båda lagen hittade ett undantag från denna regel – ett grafensystem där elektroner fryser när temperaturen stiger.

Grafensystemet var väldigt enkelt. Båda lagen lade helt enkelt ett ark grafen ovanpå ett annat och vred sedan det översta arket väldigt lätt. Men det måste vridas på vad de beskriver som "den magiska vinkeln, " som beskriver en vridning på bara 1 grad. Moirémönstret som resulterade ledde till lägre hastighet för elektronerna i systemet, vilket i sin tur ledde till mer motstånd, gör systemet nära att vara en isolator.

Båda teamen undersökte sedan dessa observationer närmare. De båda gjorde det genom att mäta entropin för det vridna gittret och fann att entropin för högtemperaturfasen var större än för lågtemperaturfasen. Och de fann båda att elektronerna i det vridna lagret hade både spinn och en låg frihetsgrad, som, de noterade, kan beskrivas som ett isospin. Och de båda föreslog att när temperaturen i systemet steg, den rörde sig närmare att bli en ferromagnet. Förutom deras upptäckter angående entropin i den nära-isolerande fasen, det första laget märkte också en plötslig hög topp i elektronkompressibilitet. Och det andra laget fann också att färre elektroner kunde ockupera energinivåer samtidigt när ett magnetfält applicerades på systemet.

© 2021 Science X Network