Rövid elektromos impulzusok kapcsolják be és ki a szupravezetést a varázsszögű grafénben

A Massachusetts Institute of Technology (MIT) kutatóinak új munkája szerint a szupravezetés be- és kikapcsolható a "varázsszögű" grafénben egy rövid elektromos impulzus segítségével. Eddig ilyen kapcsolást csak úgy lehetett elérni, hogy folytonos elektromos mezőt söpörtek végig az anyagon. Az új felfedezés segíthet új szupravezető elektronikák, például memóriaelemek kifejlesztésében, amelyeket kétdimenziós (2D) anyagok alapú áramkörökben használnak.

A grafén a szénatomok 2D-s kristálya méhsejt-mintázatban. Ez az úgynevezett „csodaanyag” még önmagában is számos kivételes tulajdonsággal büszkélkedhet, beleértve a nagy elektromos vezetőképességet, mivel a töltéshordozók (elektronok és lyukak) nagyon nagy sebességgel zoomolnak át a szénrácson.

2018-ben a kutatók által vezetett Pablo Jarillo-Herrero Az MIT kutatója megállapította, hogy ha két ilyen lapot egymásra helyeznek kis szögeltolódással, a dolgok még lenyűgözőbbé válnak. Ebben a csavart kétrétegű konfigurációban a lapok moaré szuperrácsként ismert szerkezetet alkotnak, és amikor a köztük lévő csavarodási szög eléri az (elméletileg előre jelzett) 1.08°-os „varázsszöget”, az anyag olyan tulajdonságokat kezd mutatni, mint például a szupravezetés alacsony hőmérsékleten. – vagyis minden ellenállás nélkül vezeti az elektromosságot.

Ennél a szögnél megváltozik az elektronok mozgásának módja a két összekapcsolt lapban, mert ugyanazon az energián kénytelenek megszervezni magukat. Ez „lapos” elektronikus sávokhoz vezet, amelyekben az elektronállapotok pontosan azonos energiával rendelkeznek, annak ellenére, hogy eltérő sebességgel rendelkeznek. Ez a lapos sávos szerkezet az elektronokat diszperziómentessé teszi – vagyis kinetikus energiájuk teljesen elnyomódik, és nem tudnak mozogni a moaré-rácsban. Az eredmény az, hogy a részecskék szinte megállnak, és az összekapcsolt lemezek mentén meghatározott helyeken lokalizálódnak. Ez lehetővé teszi számukra, hogy erős kölcsönhatásba léphessenek egymással, és olyan párokat alkotnak, amelyek a szupravezetés jellemzői.

Az MIT csapata most egy új módszert fedezett fel a varázsszögű grafén szabályozására azáltal, hogy odafigyel annak igazítására, amikor két réteg hatszögletű bór-nitrid (hBN, 2D szigetelő) közé helyezi. A kutatók a hBN első rétegét pontosan a felső grafénlaphoz igazították, míg a második réteget 30°-os szögben tolták el az alsó grafénlaphoz képest. Ezzel az elrendezéssel olyan bistabil viselkedést tudnának kialakítani, amelyben az anyag két stabil elektronikus állapot egyikébe kerülhet, lehetővé téve a szupravezető képességének be- vagy kikapcsolását egy rövid elektromos impulzussal.

„Meglepő módon ez a bistabilitás együtt létezik anélkül, hogy megzavarná a varázsszög grafén viselkedését” – magyarázza a vezető szerző. Dahlia Klein. "Ez a rendszer egy ritka példa egy különálló kapcsolóra, amely csak elektromos impulzussal kapcsolja be és ki a szupravezetést – ami lehetővé tenné, hogy nem illékony szupravezető memóriaeszközként használják."

A varázsszögű grafén szupravezetőről ferromágnesre vált

Egy ilyen memóriaelem beépíthető jövőbeli 2D-s anyagalapú áramkörökbe – teszi hozzá.

Míg a kutatók nem biztosak abban, hogy pontosan mi teszi lehetővé ezt a kapcsolható szupravezetést, azt gyanítják, hogy ez összefügg a csavart grafén mindkét hBN réteghez való speciális igazításával. A csapat korábban tapasztalt hasonló bistabilitást a kétrétegű grafénben, amelyet a hBN rétegeihez igazítottak, ezért remélik, hogy a jövőben megoldják ezt a rejtvényt. "Mind a kísérletezők, mind a teoretikusok folyamatosan erőfeszítéseket tesznek annak meghatározására, hogy ezek a hBN-grafén elrendezések hogyan váltják ki a megfigyelt váratlan viselkedést" - mondja Klein. Fizika Világa.

A munka részletesen a Természet Nanotechnológia.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/short-electrical-pulses-switch-superconductivity-on-and-off-in-magic-angle-graphene/