Ve dvouvrstvém grafenu otočeném o „magický“úhel byla nalezena vzácná lineární závislost elektrického odporu na teplotě téměř absolutní nuly. Tato funkce způsobuje, že dvouvrstvý grafen souvisí s neobvyklou třídou látek zvaných podivné kovy. Zahrnuje například kupráty, včetně držáků záznamů pro teplotu supravodivosti při normálním tlaku, stejně jako ruthenáty, pnictidy a některé další materiály. Objev potvrzuje přítomnost nového základního mechanismu přenosu náboje a tepla v těchto sloučeninách, napište autory do časopisu Physical Review Letters.
Graphene je dvourozměrná alotrropická modifikace uhlíku, sestávající z atomů uspořádaných ve formě šestiúhelníků, spojených do listů atomové tloušťky. Graphene má mnoho neobvyklých vlastností, které jsou potenciálně užitečné ve vědě a technologii. Vědci však stále objevují nové neobvyklé vlastnosti tohoto materiálu.
Jedním z důležitých objevů posledních dvou let byl objev supravodivosti v dvojvrstvém grafenu. Otáčením listů o malý úhel se vytvoří periodická moaré hexagonální superlattice s mnohem delší periodou, než je doba samotného grafenu. Pokud úhel nabývá jedné z „magických“hodnot, z nichž nejmenší je blízká 1,1 stupňům, pak se látka při nízkých teplotách dostane do supravodivého stavu. Podrobné studie ukázaly, že takový grafen je v některých vlastnostech, zejména ve fázovém diagramu, podobný kuprátům - sloučeninám, jejichž objevem se objevil pojem vysokoteplotní supravodivost.
Pablo Jarillo-Herrero z Massachusetts Institute of Technology a jeho kolegové ze Spojených států a Japonska objevili další rys, který způsobuje, že se dvouvrstvý grafen otáčí v „magickém“úhlu podobném cuprates: přítomnost podivné kovové fáze s lineární závislostí odporu na teplotě blízko absolutní nula. Taková pravidelnost není pozorována u běžných kovů, u kterých zpravidla dochází k prudkému nárůstu odporu po supravodivé fázi. Navíc v tuto chvíli neexistuje úplné teoretické vysvětlení tohoto jevu.
Po dlouhou dobu byl transport elektronů v kovech úspěšně popsán Drudeho teorií, která byla formulována v roce 1900 a která uvádí vodivost s hustotou elektronů považovaných za plyn, jejich hmotností a průměrnou dobou τ mezi rozptylem ionty. S kvantovými korekcemi, které nahradily hmotu skutečných částic účinnou hmotou nosičů náboje a spojily čas mezi rozptylem při nízkých teplotách pomocí proporcionality τ ∼ T-2, tento model úspěšně popsal většinu experimentálních dat až do 80. let.
Objev Cuprates v roce 1986 ukázal omezení teorie, který nemohl vysvětlit pozorovanou fázi podivného kovu s lineární závislostí odporu na teplotě. Toto chování naznačuje, že doba mezi rozptyly je nepřímo úměrná první síle teploty, a nikoli čtverci, jako v modelu Drude. Objev neobvyklé kovové fáze v dvojvrstvém grafenu navíc naznačuje potřebu vyvinout nový teoretický přístup k transportním jevům a hovoří o možnosti takové fáze existovat v mnoha různých systémech.
Pokud počítáme čas mezi rozptylem v cizích kovech pomocí Drudeova vzorce (což je z teoretického hlediska špatně podloženo), dostaneme výraz τ = Cℏ ∕ kT, kde ℏ je Planckova konstanta, T je teplota, k je Boltzmannova konstanta a C je numerický koeficient proporcionalita. Má se za to, že míra rozptylu musí souviset s intenzitou interakcí elektron-elektron (které jsou v původním Drudeově modelu zcela ignorovány) a v různých podivných kovech se velmi liší.
Pozorování však ukazují, že koeficient C se blíží jednotě pro širokou škálu podivných kovů a, jak se ukázalo, také pro dvouvrstvý grafen: v nové práci klesly naměřené hodnoty C v rozmezí od 1,1 do 1,6. Tato univerzalita vede teoretiky k domněnce, že existuje nový základní mechanismus pro transportní jevy v cizích kovech. Vědci spojují tuto situaci s Planckianovým rozptylem, tj. Stavem kvantového zapletení mnoha elektronů, ve kterém je dosaženo maximální rychlosti rozptylu energie, kterou umožňují zákony fyziky.
Propagační video:
Dvouvrstvý grafen se může ukázat jako vhodný systém pro pokračující experimenty v této oblasti. Jeho hlavní výhoda spočívá ve schopnosti kontrolovat faktor plnění superlattice, to znamená ve skutečnosti hustotu nosičů nábojů při použití elektrického napětí, zatímco jiné cizí kovy musí být znovu vyrobeny s jinými nečistotami.
Timur Keshelava