短い電気パルスが魔法角グラフェンの超伝導のオンとオフを切り替える

マサチューセッツ工科大学 (MIT) の研究者による新しい研究によると、超伝導は、短い電気パルスを使用して「マジック アングル」グラフェンでオンとオフを切り替えることができます。 これまで、このようなスイッチングは、材料全体に連続電界を掃引することによってのみ実現できました。 新しい発見は、二次元 (2D) 材料ベースの回路で使用するメモリ素子などの新しい超伝導エレクトロニクスの開発に役立つ可能性があります。

グラフェンは、蜂の巣状に配置された炭素原子の 2D 結晶です。 このいわゆる「驚異の材料」は、それ自体でも、電荷キャリア (電子と正孔) が非常に高速で炭素格子を通過するため、高い電気伝導性など、多くの優れた特性を誇っています。

2018 年、 パブロ・ハリージョ・ヘレロ マサチューセッツ工科大学の研究チームは、このような 1.08 枚のシートをわずかな角度のずれで重ね合わせると、さらに魅力的なものになることを発見しました。 このねじれた二層構成では、シートはモアレ超格子として知られる構造を形成し、それらの間のねじれ角が (理論的に予測された) XNUMX°の「魔法の角度」に達すると、材料は低温で超伝導などの特性を示し始めます。 – つまり、抵抗なしで電気を伝導します。

この角度では、結合した XNUMX つのシート内で電子が移動する方法が変化します。これは、電子が同じエネルギーで組織化されるためです。 これにより、速度が異なるにもかかわらず電子状態がまったく同じエネルギーを持つ「フラットな」電子バンドが得られます。 このフラット バンド構造により、電子は無分散になります。つまり、電子の運動エネルギーが完全に抑制され、モアレ格子内を移動できなくなります。 その結果、粒子はほとんど停止するまで減速し、結合されたシートに沿った特定の位置に局在化します。 これにより、それらは互いに強く相互作用し、超伝導の特徴であるペアを形成することができます。

MIT チームは、六方晶窒化ホウ素 (hBN、2D 絶縁体) の 30 つの層の間に挟まれたときの配向に注意を払うことにより、マジック アングル グラフェンを制御する新しい方法を発見しました。 研究者は、hBN の最初の層を上部のグラフェン シートと正確に位置合わせし、XNUMX 番目の層は下部のグラフェン シートに対して XNUMX° の角度でオフセットしました。 この配置により、材料が XNUMX つの安定した電子状態のいずれかに収まる双安定挙動を設計し、短い電気パルスで超伝導をオンまたはオフに切り替えることができます。

「驚くべきことに、この双安定性は魔法角グラフェンの挙動を乱すことなく共存します」と筆頭著者は説明します。 ダリア・クライン. 「このシステムは、電気パルスだけで超伝導をオン/オフするディスクリート スイッチのまれな例であり、不揮発性超伝導メモリ デバイスとして使用できる可能性があります。」

マジック角グラフェンが超伝導体から強磁性体に切り替わる

このようなメモリ要素は、将来の 2D 材料ベースの回路に組み込まれる可能性がある、と彼女は付け加えます。

研究者は、この切り替え可能な超伝導を可能にする正確な理由については確信が持てませんが、ねじれたグラフェンが両方の hBN 層に特別に配置されていることに関連しているのではないかと考えています。 チームは、hBN層を挟むように整列したねじれていないXNUMX層グラフェンで以前に同様の双安定性を確認したため、将来の研究でこのパズルを解決したいと考えています. 「実験家と理論家の間で、これらの hBN とグラフェンの配列が、私たちが観察した予想外の挙動をどのように引き起こすかを正確に特定するための継続的な取り組みがあります」と Klein 氏は語っています。 物理学の世界.

作業の詳細は 自然ナノテクノロジー.

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• Platoblockchain。 Web3メタバースインテリジェンス。 知識の増幅。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/short-electrical-pulses-switch-superconductivity-on-and-off-in-magic-angle-graphene/