Upptäckten av supraledning i två aldrig så lite vridna lager av grafen gjorde vågor för några år sedan i kvantmaterialsamhället. Med bara två atomtunna ark av kol hade forskare upptäckt en enkel anordning för att studera det motståndsfria flödet av elektricitet, bland andra fenomen relaterade till elektroners rörelse genom ett material.

Men vridningsvinkeln mellan de två lagren måste vara precis lagom - vid den så kallade "magiska" vinkeln på 1,1 grader - för att fenomenet ska kunna observeras. Det beror på att atomerna i lagren vill motstå vridningen och "slappna av" tillbaka till en nollvinkel, förklarar Joshua Swann, en Ph.D. student i Dean Lab i Columbia. När magiska vinklar försvinner, försvinner även supraledning.

Att lägga till ett tredje lager grafen förbättrar oddsen för att hitta supraledning, men orsaken var oklar. Att skriva i vetenskap , forskare vid Columbia avslöjar nya detaljer om den fysiska strukturen hos treskiktsgrafen som hjälper till att förklara varför tre lager är bättre än två för att studera supraledning.

Med hjälp av ett mikroskop som kan avbilda ner till nivån för individuella atomer, såg teamet att grupper av atomer i vissa områden höll på att bli det som Simon Turkel, en Ph.D. student i Pasupathy Lab, kallad "twistons". Dessa twistons dök upp på ett ordnat sätt, vilket gjorde att enheten som helhet bättre kunde bibehålla de magiska vinklarna som krävs för att supraledning ska uppstå.

Det är ett uppmuntrande resultat sa Swann, som byggde enheten för studien. "Jag har gjort 20 eller 30 tvålagers grafenenheter och sett kanske två eller tre som supraledande," sa han. "Med tre lager kan du utforska egenskaper som är svåra att studera i tvåskiktssystem."

Dessa egenskaper överlappar med en klass av komplexa material som kallas cuprates, som supraleder vid en relativt hög temperatur på -220 °F. En bättre förståelse av ursprunget till supraledning kan hjälpa forskare att utveckla ledningar som inte förlorar energi eftersom de leder elektricitet eller enheter som inte behöver hållas vid kostsamma låga temperaturer.

I framtiden hoppas forskarna kunna koppla det de ser i sina skanningar med mätningar av kvantfenomen i treskiktsenheter. "Om vi ​​kan kontrollera dessa twistons, som alla beror på vinkelfelet mellan de övre och nedre lagren av enheten, kan vi göra systematiska studier av deras effekter på supraledning," sa Turkel. "Det är en spännande öppen fråga." + Utforska vidare

Studie förbättrar förståelsen av supraledning i magisk vinkel vriden treskiktsgrafen