În grafenul cu două straturi rotit printr-un unghi „magic”, a fost găsită o rară dependență liniară a rezistenței electrice de temperatură aproape de zero absolut. Această caracteristică face ca grafenul cu două straturi să fie legat de o clasă neobișnuită de substanțe numite metale ciudate. Acesta include, de exemplu, cuprate, inclusiv suporturile de înregistrare pentru temperatura de supraconductivitate la presiune normală, precum și rutenii, pnictidele și alte materiale. Descoperirea confirmă prezența unui nou mecanism fundamental de încărcare și transfer de căldură în astfel de compuși, scriu autorii în revista Physical Review Letters.
Grafenul este o modificare alotropă bidimensională a carbonului, formată din atomi aranjați sub formă de hexagoni, uniți în foi de grosime atomică. Grafenul are multe proprietăți neobișnuite care sunt potențial utile în știință și tehnologie. Cu toate acestea, oamenii de știință continuă să descopere noi caracteristici neobișnuite ale acestui material.
Una dintre descoperirile importante din ultimii doi ani a fost descoperirea superconductivității în grafenul cu două straturi. Rotirea foilor printr-un unghi mic creează o super-rețetă hexagonală moiré periodică, cu o perioadă mult mai lungă decât cea a grafenului. Dacă unghiul ia una dintre valorile „magice”, dintre care cea mai mică se apropie de 1,1 grade, atunci la temperaturi scăzute, substanța trece într-o stare superconductoare. Studii detaliate au arătat că un asemenea grafen în unele proprietăți ale acestuia, în special diagrama de fază, este similar cu cupratele - compuși, cu descoperirea căruia a apărut termenul de superconductivitate la temperaturi ridicate.
Pablo Jarillo-Herrero de la Massachusetts Institute of Technology și colegii săi din Statele Unite și Japonia au descoperit o altă caracteristică care face ca grafenul cu două straturi să fie rotit de un unghi „magic” similar cu cupratele: prezența unei faze metalice ciudate, cu o dependență liniară a rezistenței la temperatură în apropiere. zero absolut. O astfel de regularitate nu este observată pentru metalele obișnuite, în care, de regulă, apare o creștere accentuată a rezistenței după faza superconductoare. Mai mult, în acest moment nu există o explicație teoretică completă pentru acest fenomen.
Pentru o lungă perioadă de timp, transportul electronilor în metale a fost descris cu succes de teoria Drude, formulată în 1900, care raportează conductivitatea la densitatea electronilor considerați ca gaz, masa lor și timpul mediu τ între împrăștiere prin ioni. Cu corecții cuantice care au înlocuit masa particulelor reale cu masa efectivă a transportatorilor de încărcare și au legat timpul dintre împrăștierea la temperaturi scăzute cu o proporționalitate τ ∼ T-2, acest model a descris cu succes majoritatea datelor experimentale până în anii 1980.
Descoperirea cupratelor din 1986 a demonstrat limitele teoriei, ceea ce nu putea explica faza observată a unui metal ciudat, cu o dependență liniară a rezistenței la temperatură. Acest comportament sugerează că timpul dintre împrăștiere este invers proporțional cu prima putere a temperaturii și nu cu pătratul, ca în modelul Drude. Descoperirea fazei metalice ciudate din grafenul bicaparat indică în plus necesitatea dezvoltării unei noi abordări teoretice a fenomenelor de transport și vorbește despre posibilitatea unei astfel de faze în multe sisteme diferite.
Dacă calculăm timpul dintre împrăștiere în metale ciudate folosind formula Drude (care este slab fundamentată din punct de vedere teoretic), atunci obținem expresia τ = Cℏ ∕ kT, unde ℏ este constanta lui Planck, T este temperatura, k este constanta lui Boltzmann și C este un coeficient numeric proporționalitate. Se crede că rata de împrăștiere ar trebui să fie legată de puterea interacțiunilor electron-electron (care sunt complet ignorate în modelul original Drude) și diferă foarte mult în diferite metale ciudate.
Cu toate acestea, observațiile arată că coeficientul C este aproape de unitate pentru o mare varietate de metale ciudate și, după cum se dovedește, și pentru grafene cu două straturi: în lucrarea nouă, valorile C măsurate au scăzut în intervalul de la 1,1 la 1,6. Această universalitate îi determină pe teoreticieni să creadă că există un nou mecanism fundamental pentru fenomenele de transport în metale ciudate. Oamenii de știință asociază această situație cu disiparea planckiană, adică starea de înțelegere cuantică a multor electroni, în care se atinge rata maximă de disipare a energiei permise de legile fizicii.
Video promotional:
Grafinul cu două straturi se poate dovedi a fi un sistem convenabil pentru continuarea experimentelor în acest domeniu. Principalul său avantaj constă în capacitatea de a controla factorul de umplere a superlativului, adică, de fapt, densitatea purtătorilor de sarcină, prin aplicarea unei tensiuni electrice, în timp ce alte metale ciudate trebuie fabricate din nou cu alte impurități.
Timur Keshelava
