Kuantum etkileri, bükülmüş iki katmanlı grafeni bir süper iletken yapmaya yardımcı olabilir

Fizikçiler tarafından yapılan yeni deneylere göre, kuantum geometrisi, bükülmüş çift katmanlı grafen (tBLG) olarak bilinen bir malzemenin bir süper iletken haline gelmesine izin vermede önemli bir rol oynuyor. Ohio State University, Dallas Üniversitesi'nde Texas Üniversitesi, Ve Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü Japonyada. Bulgu, süper iletkenler için yaygın olarak kullanılan Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) denklemlerinin, çok yavaş hareket eden yükleri olan tBLG gibi malzemeler için değiştirilmesi gerektiğini ima ediyor. Araştırmacılar, daha yüksek sıcaklıklarda çalışan yeni süper iletkenlerin aranmasında yeni yol gösterici ilkelerin sağlanmasına da yardımcı olabileceğini söylüyor.

Grafen, petek şeklinde düzenlenmiş iki boyutlu bir karbon atomu kristalidir. Bu sözde "mucizevi malzeme", yük taşıyıcıları (elektronlar ve delikler) karbon kafes boyunca çok yüksek hızlarda ilerlerken yüksek elektrik iletkenliği dahil olmak üzere birçok istisnai özelliğe sahiptir.

2018 yılında liderliğindeki araştırmacılar Pablo Jarillo-Herrero MIT, bu tür iki tabakanın küçük bir açı kaymasıyla üst üste yerleştirildiğinde, hareli üst örgü olarak bilinen bir yapı oluşturduklarını buldu. Ve aralarındaki bükülme açısı (teorik olarak tahmin edilen) 1.08°'lik "sihirli açıya" ulaştığında, bu "bükülmüş" iki katmanlı konfigürasyon, belirli bir kritik sıcaklığın altında süperiletkenlik gibi özellikler göstermeye başlar, T_c, – yani elektriği direnç göstermeden iletir.

Bu açıda, elektronların iki çift tabakada hareket etme şekli değişir çünkü artık aynı enerjide kendilerini organize etmeye zorlanırlar. Bu, elektron durumlarının farklı momentumlara sahip olmasına rağmen tamamen aynı enerjiye sahip olduğu "düz" elektronik bantlara yol açar. Bu düz bant yapısı, elektronları dağılmadan yapar - yani kinetik enerjileri tamamen bastırılır ve hareli kafes içinde hareket edemezler. Sonuç, parçacıkların neredeyse durma noktasına kadar yavaşlaması ve birleştirilmiş tabakalar boyunca belirli konumlarda lokalize hale gelmesidir.

Bir iletim paradoksu

Yeni çalışmada liderliğindeki araştırmacılar, Marc Bockrath ve Jeanie Lau, tBLG'deki elektronların 700–1200 m/s gibi yavaş bir hızla hareket ettiğini gösterdi. Bu, geleneksel terimlerle hızlı görünebilir, ancak aslında tek katmanlı grafendeki elektronların hızından 1000 kat daha yavaştır.

Lau, "Bu hız, tBLG'deki elektronlar için içsel bir hız oluşturuyor ve bu nedenle, ister süper iletken ister metalik olsun, malzemenin ne kadar akım taşıyabileceğinin bir sınırını oluşturuyor" diye açıklıyor. "Bu yavaş hız bir paradoksa yol açıyor: Elektronlar bu kadar yavaş hareket ediyorsa, tBLG süper iletkenliği bir yana elektriği nasıl iletiyor?"

"Cevap kuantum geometrisidir" diyor.

Sıradan geometri, noktaların veya nesnelerin uzamsal olarak nasıl ilişkili olduğunu ifade eder - örneğin, ne kadar uzakta oldukları ve nasıl bağlantılı oldukları. Kuantum geometrisi benzerdir, ancak yalnızca parçacıklar değil aynı zamanda dalgalar olan ve bu nedenle dalga fonksiyonlarına sahip olan elektronların kuantum doğasını ve bu dalga fonksiyonlarının nasıl bağlandığını ve birbirine bağlandığını açıklar. Bockrath, "Bu katkı, süperiletkenliği sağlamak için kritik hale geliyor" diyor. Fizik dünyası. "Hızlı hareket eden elektronlar yerine, elektron dalga fonksiyonlarının zengin bağlantıları önemlidir."

Bugüne kadarki çoğu süperiletken, BCS teorisi ile tanımlanmıştır (adını kaşifleri Bardeen, Cooper ve Schrieffer'den almıştır). Bu teori, çoğu metalik elementin neden normal değerlerinin altında süper iletken olduğunu açıklar. T_c: fermiyonik elektronları, Cooper çiftleri adı verilen bozonları oluşturmak için eşleşir. Bu bozonlar, malzeme boyunca saçılma yaşamayan bir süper akım olarak akabilen faz uyumlu bir yoğuşma oluşturur ve süperiletkenlik bunun bir sonucudur.

Kısa elektrik darbeleri, sihirli açılı grafende süper iletkenliği açar ve kapatır

Bununla birlikte, yüksek sıcaklık süperiletkenlerinin arkasındaki mekanizmaları açıklamaya gelince, teori yetersiz kalıyor. Gerçekten de, yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin altında yatan mekanizma, fizikteki çözülmemiş temel problemlerden biri olarak kabul edilir.

Lau, "Sonuçlarımız, BCS denklemlerinin çok yavaş hareket eden yüklere sahip tBLG gibi süper iletkenler için de değiştirilmesi gerektiğini gösteriyor" diyor. Bockrath, "Çalışmamız, bilinen sıcaklıklardan daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilen yeni süper iletkenler arayışında yeni yol gösterici ilkeler de sağlayabilir" diye ekliyor.

Ekip şimdi teorisyenlerle işbirliği içinde kuantum geometrisinin rolünü ölçmek ve anlamak için tBLG'yi araştırmaya devam edecek.

Araştırma ayrıntılıdır Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/quantum-effects-could-help-make-twisted-bilayer-graphene-a-superconductor/