முறுக்கப்பட்ட கிராஃபீன் மாதிரி சிக்கலான மின்னணு நடத்தையை வெளிப்படுத்துதல்

பீக்கிங் பல்கலைக்கழகம், மற்றும் பிரின்ஸ்டன் பல்கலைக்கழகம், முறுக்கப்பட்ட-கிராஃபீனின் தூண்டுதல் நிறமாலையின் அளவுருக்கள் கனமான ஃபெர்மியன் மாதிரியின் பண்புகளுடன் நேரடியாக ஒத்திருப்பதைக் கண்டறிந்துள்ளனர். பிசிகல் ரிவியூ லெட்டர்ஸ் இதழில் வெளியிடப்பட்ட அவர்களின் ஆய்வறிக்கையில், ஜி-டா சாங் மற்றும் பி. ஆண்ட்ரே பெர்னெவிக் ஆகியோர் பிஸ்ட்ரிட்சர்-மெக்டொனால்ட் மாதிரியின் அம்சங்களைக் காட்ட ஒரு மாதிரியை உருவாக்குவதை விவரிக்கிறார்கள். பின்னர் அதை முறுக்கப்பட்ட இரு அடுக்கு கிராஃபீன் பண்புகளை நிரூபிக்க பயன்படுத்தினார்கள். பால் ஷெரர் இன்ஸ்டிடியூட் உடன் அலின் ராமிரெஸ், பெர்னெவிக் மற்றும் சாங் ஆகியோரின் படைப்புகளை கோடிட்டுக் காட்டும் நேச்சர் இதழில் செய்தி & காட்சிகள் பகுதியை வெளியிட்டனர்.

கிராஃபீன் என்பது ஒரு தட்டையான, 2D கார்பனின் தாள் மற்றும் கணிசமான ஆராய்ச்சிக்கு உட்பட்டது. நான்கு ஆண்டுகளுக்கு முன்பு ஒரு ஆராய்ச்சி முயற்சியில் கிராஃபீன் ஒரு தாள் ஒன்றை மற்றொன்றின் மேல் வைத்து பின்னர் மேல் தாளை முறுக்கியது. பல சோதனைகள் மற்றும்  பிழைகளுக்குப் பிறகு, அந்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் மேல் தாளை ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு (1.05 டிகிரி) திருப்புவது ஒரு மீக்கடத்தியை உருவாக்க வழிவகுத்தது. இது அவர்கள் முறுக்கப்பட்ட தொகையை “மாயக் கோணம்” என்று குறிப்பிட வழிவகுத்தது.

அந்த நேரத்தில் இருந்து, மற்ற ஆராய்ச்சியாளர்கள் அதன் மாய கோணத்தில் சீரமைக்கப்பட்ட முறுக்கப்பட்ட இரு அடுக்கு கிராபெனின் பண்புகளை ஆய்வு செய்து வருகின்றனர். இந்த புதிய முயற்சியில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் அதன் தூண்டுதல் நிறமாலையை ஆய்வு செய்து, அது ஃபெர்மியன் மாதிரியின் அளவுருக்களுடன் ஒத்திருப்பதைக் கண்டறிந்தனர்.

முறுக்கப்பட்ட இருஅடுக்கு கிராஃபீன் சரியான நோக்குநிலையில் சில தனித்துவமான பண்புகளைப் பெறுகிறது என்பதை முந்தைய வேலை காட்டுகிறது. எலக்ட்ரான்களின் ஒரு தொகுப்பு, எடுத்துக்காட்டாக, அதன் கடத்துத்திறனைக் கணக்கிடுகிறது. ஆனால் எலக்ட்ரான்களின் மற்றொரு தொகுப்பு நிலையானதாக உள்ளது. பொருளின் இரண்டு முரண்பாடான பண்புகள் விஞ்ஞானிகள் ஒரு மின்கடத்தாப் பொருளுக்கும் ஒரு மீக்கடத்திக்கும் இடையில் ஒரு மாதிரியைத் தள்ள அனுமதிக்கிறது.

இது ஏன் நிகழ்கிறது என்பதை நன்கு புரிந்து கொள்ள, சாங் மற்றும் பெர்னெவிக் அமைப்பின் மாதிரியை உருவாக்கி, பொருளின் நடத்தையை விவரிக்கும் சரியான கணக்கீடுகளை மேற்கொள்ள அதைப் பயன்படுத்தினர். கனமான ஃபெர்மியன் பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது முறுக்கப்பட்ட பைலேயர் கிராஃபீன் கட்டமைப்பை விவரிக்க முடிந்தது என்று அவர்கள் கண்டறிந்தனர். பொருளின் அளவுருக்கள் கனமான ஃபெர்மியன் மாதிரியின் அளவுருக்களுடன் நேரடியாக ஒத்திருப்பதை அதிக வேலை காட்டுகிறது. கனமான ஃபெர்மியன் பொருட்கள் கால அட்டவணையின் கீழே காணப்படுகின்றன.

References:

• Do, T. N., Shih, P. H., Lin, H., Huang, D., Gumbs, G., & Chang, T. R. (2022). Generalized Peierls substitution for the tight-binding model of twisted graphene systems in a magnetic field. Physical Review B, 105(23), 235418.
• Zhang, K., & Tadmor, E. B. (2018). Structural and electron diffraction scaling of twisted graphene bilayers. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 112, 225-238.
• Khalaf, E., Kruchkov, A. J., Tarnopolsky, G., & Vishwanath, A. (2019). Magic angle hierarchy in twisted graphene multilayers. Physical Review B, 100(8), 085109.
• Yankowitz, M., Chen, S., Polshyn, H., Zhang, Y., Watanabe, K., Taniguchi, T., & Dean, C. R. (2019). Tuning superconductivity in twisted bilayer graphene. Science, 363(6431), 1059-1064.
• Fleischmann, M., Gupta, R., Wullschläger, F., Theil, S., Weckbecker, D., Meded, V., … & Shallcross, S. (2019). Perfect and controllable nesting in minimally twisted bilayer graphene. Nano letters, 20(2), 971-978.