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>>超导体的新进展与菱形石墨“扭曲”

Electronic phase separation in multilayer rhombohedral graphite  CREDIT The University of Manchester
电子相分离多层石墨菱信贷曼彻斯特大学

抽象:
一个国际研究小组由英国曼彻斯特大学领导透露纳米材料,反映了“魔角”效应最初被称为扭曲的双层石墨复杂的人造结构中发现 - 在物理学研究在近几年的一个关键领域。

在超导体的新进展与菱形石墨“扭曲”

曼彻斯特,英国|发表于2020年8月14日

这项新的研究表明,石墨菱面体的特殊拓扑结构有效地提供了一个内置的“扭曲”,因此提供了一种替代媒介研究像超导可能改变游戏规则的影响。“这是一个有趣的替代魔角石墨烯的非常流行的研究”石墨烯先驱教授爵士安德烈·海姆,该研究的合作者之一。

该小组由阿尔乔姆米先科,在曼彻斯特大学凝聚态物理学教授带领公布2020年8月12日其在Nature杂志上的研究结果。

“菱面体石墨可以帮助更好地理解其中强电子相关性是很重要的材料 - 比如重费米子化合物高温超导体”,米先科教授说。

前面的步骤中,在向前二维材料的研究是好奇行为堆叠的石墨烯的一个片材顶上彼此并将其加捻为“魔角”改变了双层的属性,把它变成超导体。

米先科教授和他的同事们现在已经发现强电子 - 电子相互作用的出现在石墨的弱稳定菱面体形式 - 在石墨烯层堆略有不同相比,稳定六边形的形式。

在扭曲双层石墨相互作用对于扭曲角格外敏感。从确切魔角强烈剿相互作用约0.1度的微小偏差。这是非常困难的,以与所要求的精度,特别是设备,找到足够均匀那些研究涉及的令人兴奋的物理学。上菱面体石墨新近公布调查结果现已开通了另一条路线准确地制作超导元件。

石墨,碳材料由堆叠的石墨烯层,具有两个稳定形式:六角形和菱形。前者比较稳定,因此被广泛研究,而后者则是少一些。

为了更好地理解新的结果,要记住,石墨烯层被堆叠在这两种形式的石墨不同的方式是很重要的。六角形的石墨(碳的形式在铅笔芯发现)由有序堆叠在彼此的顶部上的石墨烯层。亚稳三方形式有一个稍微不同堆叠顺序,这细微的差别导致其电子光谱的急剧变化。

以往的理论研究已经指出了各类菱面体石墨的表面态的多体物理学的存在 - 包括高温磁有序和超导性。这些预测无法核实然而,由于对材料的电子传输测量结果完全缺乏直到现在。

曼彻斯特小组一直在研究六角石墨片了好几年,已经开发出先进技术,生产出高品质的样品。他们的一个技术涉及用的原子级平坦的绝缘体,六方氮化硼(六方氮化硼),其用于保存在所得到的六方氮化硼/石墨六角形/六方氮化硼异质结构的高电子质量包封膜。在菱形石墨他们的新实验中,研究人员改进他们的技术保护石墨这种不太稳定的形式脆弱的堆叠顺序。

研究者成像他们的样品,其含有高达石墨烯的50层,使用拉曼光谱来确认在该材料的堆叠顺序保持完整并且它是高质量的。通过与他们改变的温度和施加到其上的磁场的强度记录材料的电阻 - 然后,他们测得他们的样品的电子传输性能中的传统方式。

能隙也可以在菱面体晶石墨的表面状态通过施加电场解释米先科教授开:“表面状态间隙开口,这是理论预测,也是样品的菱形性质的独立确认,由于这样的现象在六边形石墨禁止“。

在菱面体晶石墨薄于4nm的,带隙存在即使不施加外部电场。研究人员说,他们至今不能确定这种自发开口间隙(这发生在“电中性” - 在电子和空穴的密度平衡点)的确切性质,但他们是在回答这个问题之前忙于工作。

“从我们在量子霍尔制度的实验中,我们看到差距是量子自旋霍尔性质的,但我们不知道在电中性的自然开口间隙是否同出一源,补充说:”米先科教授。“在我们的情况下,该间隙开口是伴随着作为施加电场或磁场的函数的材料的电阻的滞后行为。该滞后(其中所施加的字段后面的电阻变化的滞后)意味着有分离的不同电子跳空相成域 - 这些都是典型的强相关材料“。

菱面体石墨的进一步调查可能棚更多的光上的多体现象在强烈相关材料,例如重费密子化合物和高温超导体的起源,仅举两个例子。

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本·罗宾逊


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