Các xung điện ngắn bật và tắt tính siêu dẫn trong graphene góc ma thuật

Theo công trình mới của các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), tính siêu dẫn có thể được bật và tắt ở graphene “góc ma thuật” bằng cách sử dụng một xung điện ngắn. Cho đến nay, sự chuyển đổi như vậy chỉ có thể đạt được bằng cách quét một điện trường liên tục khắp vật liệu. Phát hiện mới này có thể giúp phát triển các thiết bị điện tử siêu dẫn mới như các phần tử bộ nhớ để sử dụng trong các mạch dựa trên vật liệu hai chiều (2D).

Graphene là tinh thể 2D của các nguyên tử carbon được sắp xếp theo mô hình tổ ong. Ngay cả khi đứng riêng lẻ, cái gọi là “vật liệu kỳ diệu” này vẫn có nhiều đặc tính đặc biệt, bao gồm tính dẫn điện cao khi các hạt mang điện (electron và lỗ trống) phóng qua mạng carbon ở tốc độ rất cao.

Năm 2018, các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Pablo Jarillo-Herero của MIT phát hiện ra rằng khi hai tấm như vậy được đặt chồng lên nhau với một góc lệch nhỏ, mọi thứ càng trở nên hấp dẫn hơn. Trong cấu hình hai lớp xoắn này, các tấm tạo thành một cấu trúc được gọi là siêu mạng moiré và khi góc xoắn giữa chúng đạt tới “góc ma thuật” (được dự đoán theo lý thuyết) là 1.08°, vật liệu bắt đầu thể hiện các đặc tính như tính siêu dẫn ở nhiệt độ thấp - nghĩa là nó dẫn điện mà không có điện trở.

Ở góc độ này, cách các electron di chuyển trong hai tấm ghép đôi thay đổi vì chúng buộc phải tự tổ chức ở cùng một mức năng lượng. Điều này dẫn đến các dải điện tử “phẳng”, trong đó các trạng thái electron có cùng năng lượng mặc dù có vận tốc khác nhau. Cấu trúc dải phẳng này làm cho các electron không bị phân tán – nghĩa là động năng của chúng bị triệt tiêu hoàn toàn và chúng không thể chuyển động trong mạng moiré. Kết quả là các hạt di chuyển chậm gần như dừng lại và tập trung tại các vị trí cụ thể dọc theo các tấm được ghép nối. Điều này cho phép chúng tương tác mạnh với nhau, tạo thành các cặp đặc trưng của tính siêu dẫn.

Nhóm MIT hiện đã phát hiện ra một phương pháp mới để điều khiển graphene góc ma thuật bằng cách chú ý đến sự thẳng hàng của nó khi được kẹp giữa hai lớp boron nitride lục giác (hBN, chất cách điện 2D). Các nhà nghiên cứu đã căn chỉnh lớp hBN đầu tiên một cách chính xác với tấm graphene trên cùng, trong khi lớp thứ hai được lệch một góc 30° so với tấm graphene phía dưới. Với sự sắp xếp này, họ có thể thiết kế hành vi ổn định đôi trong đó vật liệu có thể ở một trong hai trạng thái điện tử ổn định, cho phép bật hoặc tắt tính siêu dẫn của nó bằng một xung điện ngắn.

Tác giả chính giải thích: “Đáng ngạc nhiên là khả năng phân đôi này cùng tồn tại mà không làm gián đoạn hoạt động của graphene góc ma thuật”. thược dược Klein. “Hệ thống này là một ví dụ hiếm hoi về một công tắc rời rạc để bật và tắt tính siêu dẫn chỉ bằng một xung điện – thứ có thể cho phép nó được sử dụng như một thiết bị bộ nhớ siêu dẫn không bay hơi.”

Graphene góc ma thuật chuyển từ chất siêu dẫn sang chất sắt từ

Cô cho biết thêm, phần tử bộ nhớ như vậy có thể được tích hợp vào các mạch dựa trên vật liệu 2D trong tương lai.

Trong khi các nhà nghiên cứu không chắc chắn chính xác điều gì tạo nên tính siêu dẫn có thể chuyển đổi này, họ nghi ngờ rằng nó có liên quan đến sự sắp xếp đặc biệt của graphene xoắn với cả hai lớp hBN. Đội nghiên cứu đã từng thấy những tính chất lưỡng ổn tương tự trước đây ở graphene hai lớp không xoắn được sắp xếp thẳng hàng với các lớp hBN kẹp của nó và do đó hy vọng sẽ giải được câu đố này trong nghiên cứu tương lai. Klein cho biết: “Có một nỗ lực không ngừng giữa cả các nhà thực nghiệm và các nhà lý thuyết để xác định chính xác cách thức các sự sắp xếp hBN-graphene này làm phát sinh các hành trạng bất ngờ mà chúng tôi đã quan sát được”. Thế giới vật lý.

Công việc được trình bày chi tiết trong Công nghệ nano tự nhiên.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/short-electrical-pulses-switch-superconductivity-on-and-off-in-magic-angle-graphene/