Короткі електричні імпульси вмикають і вимикають надпровідність у графені з магічним кутом

Згідно з новою роботою дослідників з Массачусетського технологічного інституту (MIT), надпровідність можна вмикати та вимикати в графені з «магічним кутом» за допомогою короткого електричного імпульсу. Дотепер такого перемикання можна було досягти лише шляхом проходження безперервного електричного поля через матеріал. Нове відкриття може допомогти в розробці нової надпровідної електроніки, такої як елементи пам’яті для використання в двовимірних (2D) схемах на основі матеріалів.

Графен — це двовимірний кристал атомів вуглецю, розташованих у вигляді стільників. Навіть сам по собі цей так званий «диво-матеріал» може похвалитися багатьма винятковими властивостями, включаючи високу електропровідність, оскільки носії заряду (електрони та дірки) рухаються крізь вуглецеву решітку на дуже високих швидкостях.

У 2018 році дослідники під керівництвом Пабло Харілло-Ерреро з Массачусетського технологічного інституту виявили, що коли два таких аркуші кладуть один на одного з невеликим кутом зміщення, все стає ще більш захоплюючим. У цій скрученій двошаровій конфігурації листи утворюють структуру, відому як надгратка муару, і коли кут закручування між ними досягає (теоретично передбаченого) «магічного кута» 1.08°, матеріал починає проявляти такі властивості, як надпровідність при низьких температурах. – тобто проводить електрику без опору.

Під цим кутом спосіб, у який електрони рухаються у двох зв’язаних листах, змінюється, оскільки вони змушені організовуватися з однаковою енергією. Це призводить до «плоских» електронних смуг, у яких стани електронів мають абсолютно однакову енергію, незважаючи на різні швидкості. Ця плоска смугова структура робить електрони бездисперсійними, тобто їх кінетична енергія повністю пригнічується, і вони не можуть рухатися в решітці муару. Результатом є те, що частинки сповільнюються майже до зупинки та локалізуються в певних місцях уздовж з’єднаних листів. Це дозволяє їм міцно взаємодіяти один з одним, утворюючи пари, які є ознакою надпровідності.

Команда Массачусетського технологічного інституту тепер відкрила новий спосіб контролювати графен із магічним кутом, звернувши увагу на його вирівнювання, коли він розміщений між двома шарами гексагонального нітриду бору (hBN, двовимірний ізолятор). Дослідники вирівняли перший шар hBN точно з верхнім графеновим листом, тоді як другий шар був зміщений на кут 2° відносно нижнього графенового листа. Завдяки такому розташуванню вони могли створити бістабільну поведінку, за якої матеріал може перебувати в одному з двох стабільних електронних станів, що дозволяє вмикати або вимикати його надпровідність за допомогою короткого електричного імпульсу.

«Дивно, але ця бістабільність співіснує, не порушуючи поведінку графена з магічним кутом», — пояснює провідний автор Далія Кляйн. «Ця система є рідкісним прикладом дискретного перемикача для вмикання та вимикання надпровідності за допомогою лише електричного імпульсу — те, що може дозволити використовувати її як енергонезалежний надпровідний пристрій пам’яті».

Графен із магічним кутом перемикається з надпровідника на феромагніт

Такий елемент пам’яті може бути включений у майбутні двовимірні схеми на основі матеріалів, додає вона.

Хоча дослідники не впевнені щодо того, що саме забезпечує цю перемикальну надпровідність, вони підозрюють, що це пов’язано з особливим вирівнюванням скрученого графену до обох шарів hBN. Команда вже спостерігала подібні бістабільності в розкрученому двошаровому графені, вирівняному з його шарами hBN, і тому сподівається вирішити цю головоломку в майбутній роботі. «І експериментатори, і теоретики постійно намагаються точно визначити, як ці вирівнювання hBN–графен призводять до несподіваної поведінки, яку ми спостерігали», — розповідає Кляйн. Світ фізики.

Робота детально описана в Природа нанотехнології.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/short-electrical-pulses-switch-superconductivity-on-and-off-in-magic-angle-graphene/