Denyut listrik pendek mengaktifkan dan menonaktifkan superkonduktivitas dalam graphene sudut ajaib

Superkonduktivitas dapat dinyalakan dan dimatikan dalam graphene "magic-angle" menggunakan pulsa listrik pendek, menurut karya baru oleh para peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT). Hingga saat ini, peralihan semacam itu hanya dapat dicapai dengan menyapu medan listrik terus menerus melintasi material. Temuan baru ini dapat membantu dalam pengembangan elektronik superkonduktor baru seperti elemen memori untuk digunakan dalam sirkuit berbasis material dua dimensi (2D).

Graphene adalah kristal atom karbon 2D yang tersusun dalam pola sarang lebah. Bahkan dengan sendirinya, apa yang disebut "bahan ajaib" ini menawarkan banyak sifat luar biasa, termasuk konduktivitas listrik yang tinggi sebagai pembawa muatan (elektron dan lubang) yang memperbesar kisi karbon dengan kecepatan sangat tinggi.

Pada tahun 2018, peneliti dipimpin oleh Pablo Jarillo-Herrero dari MIT menemukan bahwa ketika dua lembar seperti itu ditempatkan di atas satu sama lain dengan sedikit ketidaksejajaran sudut, segalanya menjadi lebih menarik. Dalam konfigurasi bilayer bengkok ini, lembaran membentuk struktur yang dikenal sebagai moiré superlattice, dan ketika sudut puntiran di antara mereka mencapai "sudut ajaib" (yang diprediksi secara teoritis) sebesar 1.08°, bahan tersebut mulai menunjukkan sifat seperti superkonduktivitas pada suhu rendah. - yaitu, ia menghantarkan listrik tanpa hambatan apa pun.

Pada sudut ini, cara elektron bergerak dalam dua lembar berpasangan berubah karena mereka dipaksa untuk mengatur dirinya sendiri pada energi yang sama. Ini mengarah pada pita elektronik "datar", di mana keadaan elektron memiliki energi yang persis sama meskipun memiliki kecepatan yang berbeda. Struktur pita datar ini membuat elektron tidak terdispersi – yaitu, energi kinetiknya menjadi benar-benar ditekan dan tidak dapat bergerak dalam kisi moiré. Hasilnya adalah partikel melambat hampir berhenti dan menjadi terlokalisasi pada posisi tertentu di sepanjang lembaran yang digabungkan. Hal ini memungkinkan mereka untuk berinteraksi kuat satu sama lain, membentuk pasangan yang merupakan ciri superkonduktivitas.

Tim MIT sekarang telah menemukan cara baru untuk mengontrol graphene magic-angle dengan memperhatikan keselarasannya saat diapit di antara dua lapisan boron nitrida heksagonal (hBN, isolator 2D). Para peneliti menyelaraskan lapisan pertama hBN persis dengan lembaran graphene atas, sedangkan lapisan kedua diimbangi dengan sudut 30° terhadap lembaran graphene bawah. Dengan pengaturan ini, mereka dapat merekayasa perilaku yang dapat dipertahankan di mana material dapat berada di salah satu dari dua keadaan elektronik yang stabil, memungkinkan superkonduktivitasnya untuk dinyalakan atau dimatikan dengan pulsa listrik pendek.

“Anehnya, bistabilitas ini hidup berdampingan tanpa mengganggu perilaku graphene sudut ajaib,” jelas penulis utama Dahlia Klein. “Sistem ini adalah contoh langka dari sakelar diskrit untuk menghidupkan dan mematikan superkonduktivitas hanya dengan pulsa elektrik – sesuatu yang memungkinkannya digunakan sebagai perangkat memori superkonduktor yang tidak mudah menguap.”

Grafena sudut ajaib beralih dari superkonduktor ke feromagnet

Elemen memori seperti itu dapat dimasukkan ke dalam sirkuit berbasis materi 2D di masa depan, tambahnya.

Sementara para peneliti tidak yakin dengan apa yang memungkinkan superkonduktivitas yang dapat dialihkan ini, mereka menduga bahwa ini terkait dengan penyelarasan khusus dari graphene bengkok ke kedua lapisan hBN. Tim telah melihat bistabilitas yang serupa sebelumnya pada graphene bilayer yang tidak dipilin yang disejajarkan dengan lapisan hBN yang mengapitnya dan oleh karena itu berharap untuk memecahkan teka-teki ini di pekerjaan selanjutnya. “Ada upaya berkelanjutan antara para peneliti dan ahli teori untuk menunjukkan dengan tepat bagaimana penyelarasan hBN-graphene ini memunculkan perilaku tak terduga yang telah kami amati,” kata Klein. Dunia Fisika.

Pekerjaan dirinci dalam Nanoteknologi Alam.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/short-electrical-pulses-switch-superconductivity-on-and-off-in-magic-angle-graphene/