پالس های الکتریکی کوتاه، ابررسانایی را در گرافن با زاویه جادویی روشن و خاموش می کنند

بر اساس کار جدید محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) می توان ابررسانایی را در گرافن با زاویه جادویی با استفاده از یک پالس الکتریکی کوتاه خاموش و روشن کرد. تا به حال، چنین سوئیچینگی تنها با جاروب کردن یک میدان الکتریکی پیوسته در سراسر ماده امکان پذیر بود. یافته جدید می تواند به توسعه الکترونیک ابررسانای جدید مانند عناصر حافظه برای استفاده در مدارهای مبتنی بر مواد دو بعدی (2 بعدی) کمک کند.

گرافن یک کریستال دو بعدی از اتم‌های کربن است که در یک الگوی لانه زنبوری قرار گرفته‌اند. این به اصطلاح «مواد شگفت‌انگیز» حتی به تنهایی دارای خواص استثنایی بسیاری است، از جمله رسانایی الکتریکی بالا به عنوان حامل‌های بار (الکترون‌ها و سوراخ‌ها) که در شبکه کربن با سرعت‌های بسیار بالا زوم می‌کنند.

در سال 2018، محققان به رهبری پابلو جاریو-هررو MIT دریافت که وقتی دو صفحه از این قبیل با یک ناهماهنگی کوچک روی هم قرار می گیرند، همه چیز حتی جذاب تر می شود. در این پیکربندی دولایه پیچ خورده، ورق‌ها ساختاری را تشکیل می‌دهند که به عنوان ابرشبکه موآره شناخته می‌شود، و زمانی که زاویه پیچش بین آنها به "زاویه جادویی" (از لحاظ نظری پیش‌بینی‌شده) 1.08 درجه می‌رسد، ماده شروع به نشان دادن خواصی مانند ابررسانایی در دماهای پایین می‌کند. – یعنی جریان الکتریکی را بدون هیچ مقاومتی هدایت می کند.

در این زاویه، نحوه حرکت الکترون ها در دو صفحه جفت شده تغییر می کند، زیرا آنها مجبور هستند خود را با انرژی یکسان سازمان دهند. این منجر به باندهای الکترونیکی «مسطح» می‌شود که در آن حالت‌های الکترونی با وجود داشتن سرعت‌های متفاوت، دقیقاً انرژی یکسانی دارند. این ساختار نواری مسطح باعث می‌شود الکترون‌ها پراکنده نباشند - یعنی انرژی جنبشی آنها کاملاً سرکوب می‌شود و نمی‌توانند در شبکه موآر حرکت کنند. نتیجه این است که ذرات تقریباً تا حد توقف کند می شوند و در موقعیت های خاصی در امتداد صفحات جفت شده موضعی می شوند. این آنها را قادر می سازد تا به شدت با یکدیگر تعامل داشته باشند و جفت هایی را تشکیل دهند که مشخصه ابررسانایی هستند.

تیم MIT اکنون روش جدیدی برای کنترل گرافن با زاویه جادویی با توجه به تراز آن در هنگام قرار گرفتن بین دو لایه نیترید بور شش ضلعی (hBN، یک عایق دو بعدی) کشف کرده است. محققان اولین لایه hBN را دقیقاً با ورقه گرافن بالایی تراز کردند، در حالی که لایه دوم با زاویه 2 درجه نسبت به ورقه گرافن پایین تراز شد. با این ترتیب، آن‌ها می‌توانند رفتار دوپایدار را مهندسی کنند که در آن مواد می‌توانند در یکی از دو حالت الکترونیکی پایدار قرار گیرند و اجازه دهند ابررسانایی آن با یک پالس الکتریکی کوتاه روشن یا خاموش شود.

نویسنده اصلی توضیح می‌دهد: «به‌طور شگفت‌انگیزی، این دو پایداری بدون ایجاد اختلال در رفتار گرافن با زاویه جادویی وجود دارد. دالیا کلاین. این سیستم نمونه نادری از یک کلید مجزا برای روشن و خاموش کردن ابررسانایی تنها با یک پالس الکتریکی است – چیزی که می‌تواند به آن به عنوان یک دستگاه حافظه ابررسانا غیرفرار استفاده شود.

گرافن با زاویه جادویی از ابررسانا به فرومغناطیس تغییر می کند

او اضافه می‌کند که چنین عنصر حافظه‌ای را می‌توان در مدارهای مبتنی بر مواد دو بعدی آینده گنجاند.

در حالی که محققان در مورد اینکه دقیقاً چه چیزی این ابررسانایی قابل تغییر را فعال می کند مطمئن نیستند، آنها گمان می کنند که مربوط به هم ترازی ویژه گرافن پیچ خورده به هر دو لایه hBN باشد. این تیم پیش از این دو پایداری های مشابهی را در گرافن دولایه ناپیچیده و هم تراز با لایه های ساندویچ کننده hBN خود دیده اند و بنابراین امیدوارند در کارهای آینده این معما را حل کنند. کلاین می‌گوید: «تلاش‌های مداومی بین تجربی‌ها و نظریه‌پردازان وجود دارد تا دقیقاً مشخص شود که چگونه این هم‌ترازی‌های hBN-گرافن منجر به رفتار غیرمنتظره‌ای می‌شود که ما مشاهده کرده‌ایم.» دنیای فیزیک.

کار به تفصیل در نانوتکنولوژی طبیعت.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/short-electrical-pulses-switch-superconductivity-on-and-off-in-magic-angle-graphene/