Sedan den första framgångsrika tillverkningen av en tvådimensionell struktur av kolatomer för cirka 20 år sedan har grafen fascinerat forskare. För några år sedan upptäckte forskare att två lager grafen, lätt vridna mot varandra, kan leda elektrisk ström utan förlust. Under de senaste åren har denna upptäckt fått forskare att utforska sådana skiktade material mer i detalj. Ett nyligen anmärkningsvärt exempel är spegelsymmetrisk vriden treskiktsgrafen, där tre lager grafen staplas med omväxlande vridningsvinklar. Det är det första moiré-systemet som både kan ställas in effektivt med ett vinkelrät elektriskt fält och som experimentellt demonstrerades för att uppvisa robust supraledning, tillsammans med olika andra faser. "Detta etablerar treskiktsgrafen som en spännande plattform för komplex mångakroppsfysik, men naturen hos de observerade interaktionsinducerade isolatorerna, halvmetallerna och supraledningsförmågan är fortfarande okänd", säger Mathias Scheurer från Institutionen för teoretisk fysik vid University of University of Innsbruck.

I en artikel publicerad i Physical Review X, ett team ledd av Scheurer studerade numeriskt och analytiskt fasdiagrammet för detta system för olika antal elektroner per moiréenhetscell och som en funktion av det elektriska fältet. "Detta är ett mycket utmanande problem eftersom systemet har både platta och mycket dispersiva band", säger den teoretiske fysikern. "Icke desto mindre lyckades vi visa att grundtillståndet för systemet i frånvaro av ett fält frikopplas till en produkt av grundtillståndet för grafen och grundtillståndet för vridet dubbelskiktsgrafen", en egenskap som senare har bekräftats av experiment.

Deras resultat fastställer vidare dominansen av isolerande och semimetalliska faser i närvaro av ett elektriskt fält som är unikt för treskiktssystemet, dvs. inte realiseras i vriden dubbelskiktsgrafen. "Vi kan använda vårt resulterande fasdiagram för de korrelerade normaltillstånden för att begränsa supraledarens form", säger Scheurer. "Bland andra aspekter överensstämmer de resulterande två supraledande kandidattillstånden vi får med den oväntade stabiliteten hos supraledaren i magnetfält som ses i experiment."

Relevansen av fynden för fysiken av vriden treskiktsgrafen intygas ytterligare av ett efterföljande samarbete med gruppen Abhay Pasupathy från Columbia University. I en ny artikel i Science , rapporterar de scanning tunneling microscopy (STM) data på detta system. "Vi visar att de uppmätta tunnelspektra uppvisar betydande interaktionseffekter som kan fångas kvalitativt av numeriken i vårt arbete", säger Mathias Scheurer. + Utforska vidare

Nematicity är en ny bit i dubbelt dubbellagers grafenfasdiagrampussel