I to-lags grafen rotert gjennom en "magisk" vinkel, ble det funnet en sjelden lineær avhengighet av den elektriske motstanden på temperatur nær absolutt null. Denne funksjonen lager dobbeltlags grafen relatert til en uvanlig klasse stoffer som kalles rare metaller. Det inkluderer for eksempel cuprates, inkludert rekordholdere for superlednings temperatur ved normalt trykk, samt ruthenater, pnictides og noen andre materialer. Funnet bekrefter tilstedeværelsen av en ny grunnleggende mekanisme for lading og varmeoverføring i slike forbindelser, skriver forfatterne i tidsskriftet Physical Review Letters.
Grafen er en todimensjonal allotropisk modifisering av karbon, bestående av atomer arrangert i form av sekskanter, forenet i ark med atomtykkelse. Graphene har mange uvanlige egenskaper som potensielt er nyttige i vitenskap og teknologi. Imidlertid fortsetter forskere å oppdage nye uvanlige egenskaper ved dette materialet.
Et av de viktigste funnene de siste to årene har vært oppdagelsen av superledelse i dobbeltlag grafen. Å rotere arkene med en liten vinkel skaper en periodisk moiré-sekskantet superglat med en mye lengre periode enn den for selve grafen. Hvis vinkelen tar en av de "magiske" verdiene, hvis minste er nær 1,1 grader, så går stoffet i lave temperaturer i en superledende tilstand. Detaljerte studier har vist at slik grafen i noen egenskaper, spesielt fasediagrammet, ligner på cuprates - forbindelser, med oppdagelsen av hvilken termen høytemperatur superledningsevne dukket opp.
Pablo Jarillo-Herrero fra Massachusetts Institute of Technology og hans kolleger fra USA og Japan har oppdaget en annen funksjon som gjør at dobbeltlagsgrafen roteres med en "magisk" vinkel som ligner på cuprates: tilstedeværelsen av en merkelig metallfase med en lineær avhengighet av motstand på temperatur i nærheten absolutt null. En slik regelmessighet blir ikke observert for vanlige metaller, der det som regel skjer en kraftig økning i motstand etter superledende fase. Videre er det for øyeblikket ingen full teoretisk forklaring på dette fenomenet.
I lang tid ble elektrontransport i metaller vellykket beskrevet av Drude-teorien, formulert i 1900, som relaterer konduktiviteten til tettheten til elektroner som regnes som en gass, deres masse og gjennomsnittlig tid τ mellom spredning av ioner. Med kvantekorreksjoner som erstattet massen av virkelige partikler med den effektive massen av ladningsbærere og koblet tiden mellom spredning ved lave temperaturer med en proporsjonalitet τ ∼ T-2, beskrev denne modellen vellykket de fleste eksperimentelle data fram til 1980-tallet.
Oppdagelsen av cuprates i 1986 demonstrerte teoriens begrensninger, som ikke kunne forklare den observerte fasen av et underlig metall med en lineær avhengighet av motstand på temperatur. Denne oppførselen antyder at tiden mellom spredning er omvendt proporsjonal med den første kraften til temperaturen, og ikke til kvadratet, som i Drude-modellen. Oppdagelsen av en merkelig metallfase i dobbeltlaggrafen indikerer i tillegg behovet for å utvikle en ny teoretisk tilnærming til transportfenomener og snakker om muligheten for at en slik fase eksisterer i mange forskjellige systemer.
Hvis vi beregner tiden mellom spredning i rare metaller ved bruk av Drude-formelen (som er dårlig underbygget fra et teoretisk synspunkt), får vi uttrykket τ = Cℏ ∕ kT, der ℏ er Plancks konstante, T er temperatur, k er Boltzmanns konstant, og C er en numerisk koeffisient proporsjonalitet. Det antas at spredningshastigheten må være relatert til styrken til elektron-elektron-interaksjonene (som blir ignorert fullstendig i den opprinnelige Drude-modellen), og de er veldig forskjellige i forskjellige rare metaller.
Observasjoner viser imidlertid at C-koeffisienten er nær enhet for et bredt utvalg av rare metaller og, som det viser seg, også for to-lags grafen: i det nye arbeidet falt de målte C-verdiene i området fra 1,1 til 1,6. Denne universaliteten får teoretikere til å tro at det er en ny grunnleggende mekanisme for transportfenomener i rare metaller. Forskere forbinder denne situasjonen med Planckian-spredning, det vil si den kvanteinnviklingen av mange elektroner, der den maksimale hastigheten for energispredning som tillates etter fysikkens lover, er nådd.
Salgsfremmende video:
To-lags grafen kan vise seg å være et praktisk system for å fortsette eksperimenter på dette feltet. Den viktigste fordelen ligger i evnen til å kontrollere fyllingsfaktoren til supergitteret, det vil si tettheten av ladningsbærere, ved å påføre en elektrisk spenning, mens andre rare metaller må produseres på nytt med andre urenheter.
Timur Keshelava
