Kratki električni impulzi vklapljajo in izklapljajo superprevodnost v grafenu z magičnim kotom

Glede na novo delo raziskovalcev na Massachusetts Institute of Technology (MIT) je superprevodnost mogoče vklopiti in izklopiti v grafenu z "magičnim kotom" z uporabo kratkega električnega impulza. Do sedaj je bilo takšno preklapljanje mogoče doseči le s pometanjem neprekinjenega električnega polja čez material. Nova ugotovitev bi lahko pomagala pri razvoju nove superprevodne elektronike, kot so spominski elementi za uporabo v dvodimenzionalnih (2D) vezjih na osnovi materialov.

Grafen je 2D kristal ogljikovih atomov, razporejenih v obliki satja. Ta tako imenovani "čudežni material" se ponaša tudi sam po sebi s številnimi izjemnimi lastnostmi, vključno z visoko električno prevodnostjo, saj se nosilci naboja (elektroni in luknje) premikajo skozi ogljikovo mrežo pri zelo visokih hitrostih.

Leta 2018 so raziskovalci pod vodstvom Pablo Jarillo-Herrero z MIT je ugotovil, da stvari postanejo še bolj fascinantne, ko sta dva taka lista postavljena drug na drugega z majhnim kotom. V tej zviti dvoslojni konfiguraciji plošče tvorijo strukturo, znano kot moiré supermreža, in ko kot zasuka med njima doseže (teoretično predviden) "magični kot" 1.08°, začne material kazati lastnosti, kot je superprevodnost pri nizkih temperaturah. – to pomeni, da prevaja elektriko brez upora.

Pod tem kotom se spremeni način gibanja elektronov v dveh sklopljenih ploščah, ker so prisiljeni organizirati se z isto energijo. To vodi do "ploskih" elektronskih pasov, v katerih imajo elektronska stanja popolnoma enako energijo kljub različnim hitrostim. Ta ploščata pasovna struktura naredi elektrone brez disperzije – to pomeni, da njihova kinetična energija postane popolnoma potlačena in se ne morejo premikati v mreži moiréja. Posledica tega je, da se delci upočasnijo skoraj do ustavitve in se lokalizirajo na določenih mestih vzdolž sklopljenih plošč. To jim omogoča močno interakcijo med seboj in tvorijo pare, ki so značilni znak superprevodnosti.

Ekipa MIT je zdaj odkrila nov način za nadzor grafena s čarobnim kotom, tako da je pozorna na njegovo poravnavo, ko je stisnjen med dve plasti heksagonalnega borovega nitrida (hBN, 2D izolator). Raziskovalci so prvo plast hBN natančno poravnali z zgornjo grafensko ploščo, medtem ko je bila druga plast zamaknjena za kot 30° glede na spodnjo grafensko ploščo. S to ureditvijo bi lahko oblikovali bistabilno obnašanje, v katerem lahko material sedi v enem od dveh stabilnih elektronskih stanj, kar omogoča vklop ali izklop njegove superprevodnosti s kratkim električnim impulzom.

"Presenetljivo je, da ta bistabilnost obstaja sočasno, ne da bi motila obnašanje grafena s čarobnim kotom," pojasnjuje glavni avtor Dahlia Klein. "Ta sistem je redek primer diskretnega stikala za vklop in izklop superprevodnosti samo z električnim impulzom - nekaj, kar bi lahko omogočilo njegovo uporabo kot obstojno superprevodno pomnilniško napravo."

Grafen s čarobnim kotom preklopi iz superprevodnika v feromagnet

Tak spominski element bi lahko vključili v prihodnja 2D materialna vezja, dodaja.

Medtem ko raziskovalci niso prepričani, kaj točno omogoča to preklopljivo superprevodnost, domnevajo, da je to povezano s posebno poravnavo zvitega grafena na obe plasti hBN. Ekipa je že videla podobne bistabilnosti v nezasukanem dvoslojnem grafenu, poravnanem z njegovimi plastmi hBN v sendviču, in zato upa, da bo rešila to uganko v prihodnjem delu. "Tako eksperimentalci kot teoretiki si nenehno prizadevajo natančno določiti, kako te poravnave hBN-grafena povzročajo nepričakovano vedenje, ki smo ga opazili," pravi Klein. Svet fizike.

Delo je podrobno opisano v Naravna nanotehnologija.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/short-electrical-pulses-switch-superconductivity-on-and-off-in-magic-angle-graphene/