Οι φυσικοί δείχνουν μυθιστόρημα Mott State σε στριμμένα δισκιαία γραφένιου στο «Magic Angle»
Το Graphene, ένα δισδιάστατο υλικό από άτομα άνθρακα διατεταγμένα σε εξαγωνικό πλέγμα, έχει αποτελέσει αντικείμενο έντονης έρευνας λόγω των αξιοσημείωτων ηλεκτρονικών ιδιοτήτων του και των πιθανών εφαρμογών της νανοηλεκτρονικής. Με τη στοίβαξη δύο στρωμάτων γραφένιου το ένα πάνω στο άλλο και περιστρέφοντάς τα με μια μικρή γωνία, οι ερευνητές μπορούν να δημιουργήσουν ένα σύστημα γνωστό ως στριμμένα δισκοποιεία γραφένιου. Σε μια συγκεκριμένη "μαγική γωνία" 1,1 βαθμών, οι ηλεκτρονικές ιδιότητες αυτών των διπλοστοιβάδων υφίστανται μια δραματική αλλαγή, οδηγώντας στο σχηματισμό συσχετισμένων καταστάσεων ηλεκτρονίων.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, η ομάδα MIT, με επικεφαλής τον Pablo Jarillo-Herrero και τον Yuan Cao, παρατήρησε ένα νέο Mott State σε στριμμένα δισκάρια γραφένιου στη μαγική γωνία. Χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό μετρήσεων ηλεκτρικών μεταφορών και μικροσκοπίας σήραγγας σάρωσης, διαπίστωσαν ότι το σύστημα υφίσταται μετάβαση μετάλλου προς μονωτή καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, σύμφωνα με το σχηματισμό μιας κατάστασης MOTT. Επιπλέον, παρακολούθησαν μια ασυνήθιστη συνύπαρξη εντοπισμένων και απομακρυσμένων ηλεκτρονίων, υποδηλώνοντας μια σύνθετη αλληλεπίδραση αλληλεπιδράσεων σε αυτό το σύστημα.
Η κατάσταση MOTT που βρίσκεται σε στριμμένα δισυνοειδή γραφένιο είναι σε αντίθεση με εκείνες που παρατηρούνται στα συμβατικά οξείδια μετάβασης μετάλλων, όπου οι αλληλεπιδράσεις οδηγούνται από την απέχυση coulomb μεταξύ ηλεκτρονίων που εντοπίζονται σε ατομικές θέσεις. Στο στριμμένο graphene, οι αλληλεπιδράσεις προκύπτουν από τη μοναδική δομή της ζώνης που αναδύεται στη μαγική γωνία, οδηγώντας σε διαφορετικό μηχανισμό για το σχηματισμό της κατάστασης Mott.
Αυτό το νέο κράτος Mott έχει πιθανές συνέπειες για την ανάπτυξη τεχνολογιών κβαντικών πληροφοριών. Τα τοπικά ηλεκτρόνια στην κατάσταση Mott θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως qubits, οι βασικές μονάδες των κβαντικών πληροφοριών. Επιπλέον, η τήρηση των αλληλεπιδράσεων και οι ηλεκτρονικές ιδιότητες των στριμωγμένων δισυρείων γραφένιου μεταβάλλοντας τη γωνία συστροφής, παρέχει μια ευέλικτη πλατφόρμα για τη μελέτη συσχετισμένων συστημάτων ηλεκτρονίων και κβαντικών φαινομένων.
Η ανακάλυψη του μυθιστορήματος Mott State σε στριμμένα δισκίου γραφένιου στη μαγική γωνία ανοίγει νέες οδούς για εξερεύνηση σε φυσική συμπυκνωμένη ύλη και κβαντικά υλικά. Περαιτέρω έρευνα στον τομέα αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια βαθύτερη κατανόηση των συσχετισμένων συστημάτων ηλεκτρονίων και να ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη νέων κβαντικών τεχνολογιών.
