Lühikesed elektriimpulsid lülitavad maagilise nurga grafeeni ülijuhtivuse sisse ja välja

Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) teadlaste uue töö kohaselt saab ülijuhtivust "võlunurga" grafeenis sisse ja välja lülitada lühikese elektriimpulsi abil. Seni sai sellist ümberlülitamist saavutada ainult pideva elektrivälja pühkimisega üle materjali. Uus leid võib aidata välja töötada uudset ülijuhtivat elektroonikat, näiteks mäluelemente, mida kasutatakse kahemõõtmelistes (2D) materjalidel põhinevates vooluringides.

Grafeen on süsinikuaatomite 2D-kristall, mis on paigutatud kärjekujuliselt. Isegi üksinda on sellel nn imematerjalil palju erakordseid omadusi, sealhulgas kõrge elektrijuhtivus, kuna laengukandjad (elektronid ja augud) suumivad läbi süsinikvõre väga suurel kiirusel.

2018. aastal juhtisid teadlased Pablo Jarillo-Herrero MIT leidis, et kui kaks sellist lehte asetatakse üksteise peale väikese nurga kõrvalekaldega, muutuvad asjad veelgi põnevamaks. Selles keerutatud kahekihilises konfiguratsioonis moodustavad lehed struktuuri, mida tuntakse muaree supervõrena ja kui nendevaheline keerdumisnurk saavutab (teoreetiliselt ennustatud) "maagilise nurga" 1.08°, hakkab materjal näitama selliseid omadusi nagu ülijuhtivus madalatel temperatuuridel. – see tähendab, et see juhib elektrit ilma takistuseta.

Selle nurga all muutub elektronide liikumisviis kahes sidestatud lehel, kuna nad on sunnitud organiseerima end sama energiaga. See toob kaasa "tasased" elektroonilised ribad, milles elektronide olekutel on erineva kiirusega vaatamata täpselt sama energia. Selline lame riba struktuur muudab elektronid dispersioonivabaks – see tähendab, et nende kineetiline energia surutakse täielikult alla ja nad ei saa muareevõres liikuda. Tulemuseks on see, et osakesed aeglustuvad peaaegu seiskumiseni ja lokaliseeruvad teatud kohtades piki ühendatud lehti. See võimaldab neil üksteisega tugevalt suhelda, moodustades paarid, mis on ülijuhtivuse tunnuseks.

MIT-i meeskond on nüüd avastanud uue viisi maagilise nurga grafeeni juhtimiseks, pöörates tähelepanu selle joondamisele, kui see on kahe kuusnurkse boornitriidi (hBN, 2D-isolaator) kihi vahel. Teadlased joondasid esimese hBN-i kihi täpselt ülemise grafeenilehega, samas kui teine ​​kiht nihutati alumise grafeenilehe suhtes 30 ° nurga all. Selle paigutusega saaksid nad kujundada bistabiilse käitumise, milles materjal võib asuda ühes kahest stabiilsest elektroonilisest olekust, võimaldades selle ülijuhtivust lühikese elektriimpulsiga sisse või välja lülitada.

"Üllatavalt eksisteerib see bistabiilsus koos ilma maagilise nurga grafeeni käitumist häirimata," selgitab juhtiv autor. Dahlia Klein. "See süsteem on haruldane näide diskreetsest lülitist, mis lülitab ülijuhtivuse sisse ja välja ainult elektriimpulsiga – midagi, mis võimaldab seda kasutada mittelenduva ülijuhtiva mäluseadmena."

Maagilise nurga grafeen lülitub ülijuhilt ferromagnetiks

Ta lisab, et sellist mäluelementi võiks integreerida tulevastesse 2D-materjalipõhistesse vooluringidesse.

Kuigi teadlased pole kindlad, mis täpselt seda lülitatavat ülijuhtivust võimaldab, kahtlustavad nad, et see on seotud keerdunud grafeeni erilise joondamisega mõlema hBN-kihiga. Meeskond on varem näinud sarnaseid ebastabiilsusi keerutamata kahekihilises grafeenis, mis on joondatud selle hBN-kihtidega, ja loodab seetõttu tulevases töös selle mõistatuse lahendada. "Nii eksperimentalistide kui ka teoreetikute vahel tehakse pidevaid jõupingutusi, et täpselt kindlaks teha, kuidas need hBN-grafeeni joondused põhjustavad ootamatut käitumist, mida oleme täheldanud, " räägib Klein. Füüsika maailm.

Töö on üksikasjalikult kirjeldatud Loodus Nanotehnoloogia.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/short-electrical-pulses-switch-superconductivity-on-and-off-in-magic-angle-graphene/