Сейчас физики в MIT и Гарвардском университете нашли, что материал удивления может продемонстрировать еще более интересные электронные особенности. В двух работах, опубликованных сейчас по собственной природе, команда информирует, что она может настроить графен, дабы вести себя в двух электрических крайностях: как изолятор, в котором электроны всецело заблокированы на течение; и как сверхпроводник, в котором электрический ток может течь через без сопротивления.Исследователи в прошлом включая эту команду, были в состоянии синтезировать графеновые сверхпроводники, помещая материал в контакт с другими металлами сверхпроводимости – договоренность, которая разрешает графену наследовать кое-какие поведения сверхпроводимости.
В этом случае команда отыскала метод сделать графеновое суперповедение самостоятельно, демонстрируя, что сверхпроводимость возможно внутренним качеством в чисто основанном на углероде материале.Физики достигли этого, создав «сверхрешетку» двух графеновых страниц, сложенных совместно – не совершенно верно приятель на приятеле, но поменяли друг друга весьма мало под «чудесным углом» 1,1 градусов. В следствии накладывающий, шестиугольный сотовидный пример компенсирован мало, создав правильную муаровую конфигурацию, которая предсказана, дабы позвать необычный, «очень сильно коррелировал сотрудничества» между электронами в графеновых страницах.
В каждый сложенной конфигурации графен предпочитает оставаться хорошим, взаимодействуя мало, в электронном виде или иначе, с его соседними слоями.Команда, во главе с Пабло Харильо-Херреро, адъюнкт-доктором физических наук в MIT, отыскала, что, в то время, когда вращается под чудесным углом, два страницы графена показывают непроводящее поведение, подобное экзотическому классу материалов, известных как изоляторы Мотта.
В то время, когда исследователи тогда применили напряжение, добавив маленькие количества электронов к графеновой сверхрешетке, они нашли, что на определенном уровне электроны убежали из начального состояния изолирования и текли без сопротивления, как словно бы через сверхпроводник.«Мы можем сейчас применять графен в качестве новой платформы для изучения нетрадиционной сверхпроводимости», говорит Харильо-Херреро. «Возможно кроме этого предположить делать транзистор сверхпроводимости из графена, что Вы имеете возможность включить и отключить от сверхпроводимости до изолирования.
Это открывает большое количество возможностей для квантовых устройств».30-летний промежутокСпособность материала совершить электричество в большинстве случаев представляется с позиций энергетических групп.
Единственная несколько воображает диапазон энергий, каковые смогут иметь электроны материала. Имеется энергетический кризис между группами, и в то время, когда одна группа переполнена, электрон обязан воплотить дополнительную энергию преодолеть данный промежуток, дабы занять следующую пустую группу.
Материал вычисляют изолятором, в случае если последняя занятая энергетическая несколько полностью переполнена электронами. Электрические проводники, такие как металлы, иначе, показывают частично заполненные энергетические полосы с безлюдными энергетическими странами, каковые электроны смогут заполнить, дабы вольно переместиться.Изоляторы Мотта, но, являются классом материалов, каковые, думается, от их структуры группы выполняют электричество, но, в то время, когда измерено, они ведут себя как изоляторы. Определенно, их энергетические полосы полузаполнены, но из-за сильных электростатических сотрудничеств между электронами (такими как обвинения равного символа, отражающего друг друга), материал не проводит электричество.
Полузаполненная полоса по существу разделяется на две миниатюры, практически плоские группы, с электронами, всецело занимающими одну группу и уезжающими второе безлюдное, и следовательно ведущими себя как изолятор.«Это указывает, что все электроны заблокированы, так, это – изолятор вследствие этого сильного отвращения между электронами, так, нет ничего, что может течь», растолковывает Харильо-Херреро. «Из-за чего изоляторы Мотта серьёзны? Оказывается, что родительское соединение большинства высокотемпературных сверхпроводников – изолятор Мотта».
Иначе говоря ученые нашли методы руководить электронными особенностями изоляторов Мотта перевоплотить их в сверхпроводники при довольно больших температурах примерно 100 Келвина. Дабы сделать это, они химически «лакируют» материал с кислородом, атомы которого завлекают электроны из изолятора Мотта, оставляя больше помещения чтобы остаться электронами, дабы течь.
В то время, когда достаточно кислорода добавлено, морфы изолятора в сверхпроводник. То, как совершенно верно данный переход происходит, Харильо-Херреро говорит, было 30-летней тайной.
«Это – неприятность, которая образовывает 30 подсчёт и лёт, нерешенный», говорит Харильо-Херреро. «Эти высокотемпературные сверхпроводники были изучены до смерти, и у них имеется большое количество занимательных поведений. Но мы не знаем, как растолковать их».
Правильное вращениеХарильо-Херреро и его сотрудники искали более несложную платформу, дабы изучить такую нетрадиционную физику. В изучении электронных особенностей в графене команда начала играться около с несложными стопками графеновых страниц.
Исследователи создали сверхрешетки с двумя страницами первым расслаиванием единственная пластинка графена от графита, тогда шепетильно забрав половину пластинки со стеклянным понижением, покрытым изоляционным материалом и липким полимером нитрида бора.Они тогда вращали стеклянное понижение весьма мало и забрали вторую половину графеновой пластинки, придерживаясь он первой половины.
Так они создали сверхрешетку с примером погашения, что отличен от уникальной сотовидной решетки графена.Команда повторила данный опыт, создав пара «устройств» либо графеновые сверхрешетки, с разными углами вращения, между 0 и 3 градусами. Они приложили электроды к каждому устройству и измерили прохождение электрического тока, после этого подготовили сопротивление устройства, учитывая сумму уникального тока, что прошел.
«Если Вы отключены в собственном углу вращения 0,2 градусами, всей физики не стало», говорит Харильо-Херреро. «Никакой изолятор сверхпроводимости либо Мотта появляется. Так, Вы должны быть весьма правильными с углом выравнивания».В 1,1 градусах – вращение, которое было предсказано, дабы быть «чудесным углом» – исследователи, отыскало, что графеновая сверхрешетка в электронном виде напомнила плоскую структуру группы, подобную изолятору Мотта, в котором все электроны несут ту же самую энергию независимо от собственного импульса.
«Предположите, что импульс для автомобиля – массовая скорость времен», говорит Харильо-Херреро. «Если Вы ездите на уровне 30 миль в час, у Вас имеется определенное количество кинетической энергии. Если Вы ездите на уровне 60 миль в час, у Вас имеется намного более высокая энергия, и если Вы терпите провал, Вы имели возможность бы исказить гораздо больший объект.
Эта вещь говорит, не имеет значение если бы Вы идете 30 либо 60 либо 100 миль в час, у них все была бы та же самая энергия».«Ток безвозмездно»
Для электронов это указывает, что, даже если они занимают полузаполненную энергетическую полосу, у одного электрона больше нет энергии, чем какой-либо второй электрон, дабы разрешить ей переместиться в той группе. Исходя из этого кроме того при том, что такая полузаполненная структура группы обязана функционировать как проводник, она вместо этого ведет себя как изолятор – и более совершенно верно, изолятор Мотта.Это дало приказе неспециализированное представление: Что, если они имели возможность бы добавить электроны к этим подобным Mott сверхрешеткам, подобным тому, как ученые лакировали изоляторы Мотта с кислородом, дабы перевоплотить их в сверхпроводники?
Графен принял бы качества сверхпроводимости со своей стороны?Дабы определить, они применили мелкое напряжение ворот к «графеновой сверхрешетке чудесного угла», добавив маленькие количества электронов к структуре. В следствии отдельные электроны связали вместе с другими электронами в графене, разрешив им течь где, перед тем как они не могли.
Везде, исследователи продолжили измерять электрическое сопротивление материала и нашли, что, в то время, когда они добавили определенное, маленькое количество электронов, электрический ток тек, не рассеивая энергию – совершенно верно так же, как сверхпроводник.«Вы имеете возможность течь ток безвозмездно, никакая энергия, израсходованная впустую, и это говорит о том, что графен возможно сверхпроводником», говорит Харильо-Херреро.Быть может, что еще более принципиально важно, он говорит, что исследователи в состоянии настроить графен, дабы вести себя как изолятор либо сверхпроводник и каждая промежуточная фаза, показывая все эти разнообразные особенности в одном единственном устройстве.
Это в отличие от вторых способов, в которых ученые должны были вырастить и руководить сотнями отдельных кристаллов, любой из которых возможно сделан вести себя во всего одной электронной фазе.«В большинстве случаев, Вы должны вырастить разные классы материалов, дабы изучить каждую фазу», говорит Харильо-Херреро. «Мы делаем это на месте, в одном выстреле, в легко углеродное устройство. Мы можем изучить все те физика в одном устройстве электрически, вместо того, дабы иметь необходимость сделать много устройств.
Это не имело возможности стать мало более несложным».Это изучение было поддержано частично Фондом Гордона и Бетти Мур и Национальным научным фондом.