Graphene trilayer memutar mendukung keberadaan superkonduktivitas eksotis | Penelitian

Graphene trilayer memutar mendukung keberadaan superkonduktivitas eksotis |  Penelitian post thumbnail image

Undian menarik Keluaran SGP 2020 – 2021.

Penemuan superkonduktivitas dalam twisted bilayer graphene adalah salah satu penemuan ilmiah paling luar biasa di tahun 2018. Sekarang, para peneliti telah menunjukkan bahwa graphene trilayer bisa menjadi superkonduktor yang lebih kuat dan merdu, memberikan wawasan baru tentang fenomena superkonduktivitas.1,2

Graphene terkenal menghantarkan elektron seolah-olah mereka adalah partikel tak bermassa seperti foton, yang berarti kecepatannya tidak bergantung pada energinya. Namun, seperti kecepatan cahaya yang bervariasi pada material yang berbeda, kecepatan elektron dalam graphene dapat dikontrol. Ia diperkirakan mencapai nol pada graphene bilayer dengan twist ‘sudut ajaib’ 1,1 ° antara lapisan, memungkinkan interaksi elektron-elektron untuk menentukan sifat struktur. Pada tahun 2018, Pablo Jarillo-Herrero dan rekannya di Massachusetts Institute of Technology mengkonfirmasi hal ini, menunjukkan bahwa memberi makan elektron ke dalam graphene bilayer bengkok pada suhu kriogenik dapat menghasilkan superkonduktor baru. Selanjutnya, kata Jarillo-Herrero, berbagai kelompok – termasuk miliknya – telah menguji sistem bengkok lainnya. ‘Mereka telah menemukan korelasi yang menarik [electron] bahan dan perilaku yang berkorelasi, tetapi tidak satupun dari mereka adalah superkonduktor yang kuat. ‘

Prediksi tahun 2019 dari fisikawan teoretis Ashvin Vishwanath dari Universitas Harvard, AS, dan rekannya menunjukkan bahwa grafena multilayer dengan sudut puntir relatif juga akan menjadi superkonduktor, dengan setiap lapisan tambahan meningkatkan sudut ajaib. Prediksi ini sekarang telah dikonfirmasi secara independen untuk graphene tiga lapis dengan lapisan tengah yang dipelintir relatif terhadap lapisan atas dan bawah paralel: pertama oleh tim Jarillo-Herrero, dan kedua oleh kelompok Harvard yang terdiri dari Vishwanath dan eksperimentalis yang dipimpin oleh Philip Kim.

Putar lagi

Diagram molekuler yang menunjukkan tiga lapisan graphene

Pada putaran yang diprediksi sekitar 1,55 °, material tersebut menjadi superkonduktor yang – ketika kerapatan muatannya yang rendah diperhitungkan – memiliki pasangan elektron terkuat yang pernah ada. ‘Dengan kerapatan elektron yang Anda miliki di cuprates, jika Anda memiliki kekuatan kopling relatif yang Anda miliki di trilayers ini, Anda akan memiliki superkonduktivitas jauh di atas suhu kamar,’ kata Jarillo-Herrero. ‘Bahan ini memberi Anda lebih banyak keuntungan untuk uang Anda.’

Kelompok Kim juga mengukur twist antara lapisan bawah dan tengah dan lapisan tengah dan atas di lapisan ganda penyusun. Mereka menemukan bahwa, karena ketidaksempurnaan eksperimental yang tidak dapat dihindari, masing-masing adalah 1,69 ° dan 1,35 °. Namun demikian, struktur trilayer tersebut berperilaku seolah-olah memiliki sudut putar rata-rata sekitar 1,55 °. ‘Itu menyiratkan bahwa baik efek dari sedikit ketidakcocokan bisa keluar rata-rata atau, ketika Anda membuat trilayer, tumpukan entah bagaimana menyesuaikan kembali,’ jelas Kim.

Superkonduktivitas trilayer dapat disetel lebih luas daripada di graphene bilayer, bergantung tidak hanya pada potensi total material, tetapi juga pada perbedaan potensial antar lapisan. Tunabilitas ini memungkinkan mereka untuk mengeksplorasi superkonduktivitasnya lebih detail daripada superkonduktor sebelumnya. Terutama, mereka menemukan bahwa, pada titik-titik dalam diagram fase material di mana teori superkonduktor klasik (di mana elektron digabungkan oleh getaran kisi) menunjukkan bahwa superkonduktivitas harus paling kuat, itu benar-benar lenyap. ‘Di sebagian besar bahan, Anda tidak memiliki tingkat kendali yang kami miliki dalam sistem tiga lapis ini,’ kata Jarillo-Herrero, ‘Saya tidak ingat eksperimen apa pun yang melihatnya.’

Superkonduktivitas eksotis

Kelompok Kim menemukan ketidakkonsistenan yang sama dengan teori superkonduktor konvensional. Sebaliknya, para peneliti mengatakan, itu mendukung teori superkonduktivitas eksotis dalam grafena multilayer yang didalilkan oleh kelompok Vishwanath dan rekan Universitas California, Berkeley. Teori tradisional juga gagal dalam superkonduktor suhu tinggi seperti cuprates dan pnictides, dan Kim mengatakan bahwa, meskipun mekanismenya mungkin berbeda, ‘memiliki mekanisme bagaimana superkonduktivitas muncul dari mekanisme elektronik yang muncul dan berkorelasi kuat adalah hal yang sangat baik. yang kami harapkan akan membantu kami memahami sistem lain ‘.

David Goldhaber-Gordon dari Stanford University di California terkesan dengan temuan tersebut. ‘Diperlukan upaya heroik untuk membuat dan mengukur banyak sampel dari kecanggihan tersebut, dan hasil dari Kim dan Jarillo-Herrero secara kualitatif serupa,’ katanya. Dia memperingatkan, bagaimanapun, bahwa ‘fakta bahwa makalah-makalah ini mendekati puncak perawatan dan konsistensi yang dapat kita peroleh memberi tahu kita bahwa kita memiliki masalah … Dalam setiap kasus, para peneliti mengambil lapisan tunggal atom, mengambilnya, lalu mengambil satu sama lain, dan satu lagi, dengan putaran relatif yang tepat. Sungguh menakjubkan bahwa Anda dapat melakukan itu dan mendapatkan properti elektronik yang konsisten di semua sampel. Anda ingin memiliki protokol sintesis yang lebih sistematis dari itu. ‘ Beberapa peneliti sedang bekerja untuk mengatasi masalah ini, tambahnya.

Tags:

Related Post