Lyhyet sähköpulssit kytkevät suprajohtavuuden päälle ja pois päältä taikakulmagrafeenissa

Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) tutkijoiden uuden työn mukaan suprajohtavuus voidaan kytkeä päälle ja pois "takakulmaisessa" grafeenissa lyhyellä sähköpulssilla. Tähän asti tällainen kytkentä on saatu aikaan vain pyyhkäisemällä jatkuva sähkökenttä materiaalin poikki. Uusi löytö voisi auttaa kehittämään uutta suprajohtavaa elektroniikkaa, kuten muistielementtejä käytettäväksi kaksiulotteisissa (2D) materiaalipohjaisissa piireissä.

Grafeeni on 2D-kide, jossa on hunajakennomuotoisia hiiliatomeja. Jopa yksinään tällä niin sanotulla "ihmemateriaalilla" on monia poikkeuksellisia ominaisuuksia, mukaan lukien korkea sähkönjohtavuus, kun varauksenkuljettajat (elektronit ja reiät) zoomaavat hiilihilan läpi erittäin suurilla nopeuksilla.

Vuonna 2018 tutkijat johtivat Pablo Jarillo-Herrero MIT:n tutkija havaitsi, että kun kaksi tällaista arkkia asetetaan päällekkäin pienellä kulmavirheellä, asiat muuttuvat vielä kiehtovammiksi. Tässä kierretyssä kaksikerroksisessa konfiguraatiossa levyt muodostavat rakenteen, joka tunnetaan nimellä moiré superhila, ja kun niiden välinen kiertymiskulma saavuttaa (teoreettisesti ennustetun) "maagisen kulman" 1.08°, materiaali alkaa osoittaa ominaisuuksia, kuten suprajohtavuus alhaisissa lämpötiloissa. – eli se johtaa sähköä ilman vastusta.

Tässä kulmassa tapa, jolla elektronit liikkuvat kahdessa kytketyssä levyssä, muuttuu, koska ne pakotetaan järjestäytymään samalla energialla. Tämä johtaa "litteisiin" elektronisiin vyöhykkeisiin, joissa elektronitiloilla on täsmälleen sama energia, vaikka niillä on erilaiset nopeudet. Tämä litteä kaistarakenne tekee elektroneista dispergoitumattomia – eli niiden kineettinen energia vaimenee kokonaan eivätkä ne pääse liikkumaan moiré-hilassa. Tuloksena on, että hiukkaset hidastuvat lähes pysähtymään ja lokalisoituvat tiettyihin kohtiin kytkettyjä levyjä pitkin. Tämä mahdollistaa niiden vuorovaikutuksen vahvasti toistensa kanssa muodostaen pareja, jotka ovat suprajohtavuuden tunnusmerkki.

MIT-tiimi on nyt löytänyt uuden tavan hallita maagisen kulman grafeenia kiinnittämällä huomiota sen kohdistukseen, kun se on kahden kuusikulmainen boorinitridikerroksen (hBN, 2D-eriste) välissä. Tutkijat kohdistavat ensimmäisen hBN-kerroksen tarkalleen ylägrafeenilevyn kanssa, kun taas toinen kerros siirtyi 30°:n kulmaan alempaan grafeenilevyyn nähden. Tällä järjestelyllä he voisivat suunnitella bistabiilin käyttäytymisen, jossa materiaali voi istua yhdessä kahdesta vakaasta elektronitilasta, jolloin sen suprajohtavuus voidaan kytkeä päälle tai pois päältä lyhyellä sähköpulssilla.

"Yllättäen tämä bistabiilisuus esiintyy rinnakkain häiritsemättä maagisen kulman grafeenin käyttäytymistä", selittää johtava kirjoittaja Dahlia Klein. "Tämä järjestelmä on harvinainen esimerkki erillisestä kytkimestä, joka kytkee suprajohtavuuden päälle ja pois päältä vain sähköpulssilla – mikä mahdollistaa sen käytön haihtumattomana suprajohtavana muistilaitteena."

Taikakulmagrafeeni vaihtaa suprajohteesta ferromagneetiksi

Tällainen muistielementti voitaisiin sisällyttää tuleviin 2D-materiaalipohjaisiin piireihin, hän lisää.

Vaikka tutkijat eivät ole varmoja siitä, mikä tarkalleen mahdollistaa tämän kytkettävän suprajohtavuuden, he epäilevät, että se liittyy kiertyneen grafeenin erityiseen kohdistukseen molempiin hBN-kerroksiin. Tiimi on nähnyt samanlaisia ​​epästabiilisuuksia aiemmin kierrettömässä kaksikerroksisessa grafeenissa, joka on kohdistettu sen kerroksittain sijaitseviin hBN-kerroksiin, ja siksi se toivoo ratkaisevansa tämän pulman tulevassa työssä. "Sekä kokeilijoiden että teoreetikkojen välillä on jatkuvasti ponnisteluja selvittääkseen tarkasti, kuinka nämä hBN-grafeenin kohdistukset aiheuttavat havaitsemamme odottamattoman käyttäytymisen", Klein kertoo. Fysiikan maailma.

Työ on kuvattu yksityiskohtaisesti Luonnon nanoteknologia.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/short-electrical-pulses-switch-superconductivity-on-and-off-in-magic-angle-graphene/