«Мы пытаемся понять природу состояния Мотта в этой системе», – сказал Бруно Учоа, доцент в Homer L. Додж Департамент физики и астрофизики. «Предложенное нами состояние Мотта является изолирующим состоянием, которое может приводить к сверхпроводимости в некоторых условиях, но отличается от состояний Мотта, наблюдаемых в других системах. Однако есть фундаментальные различия, и это то, что мы изучаем."
В последние десятилетия физика Мотта широко исследовалась в высокотемпературных купратных сверхпроводниках – материалах, которые в некоторых условиях могут передавать токи заряда при относительно высокой температуре без какого-либо рассеивания тепла. Однако в фазе Мотта движение носителей заряда ограничено их сильным взаимным электрическим отталкиванием, что приводит к изолирующему поведению, когда материал не может проводить электричество.
Это также приводит к антиферромагнетизму, состоянию, когда спины двух электронов, сидящих рядом друг с другом, антипараллельны. Последнее свойство является результатом принципа исключения Паули, одного из многих экзотических свойств квантовой механики, согласно которому два электрона не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Новое исследование показывает, что состояние Мотта в графене фундаментально отличается от других известных примеров.
Используя два листа графена, скрученные под очень маленьким углом, известным как «магический угол», система коррелирует со свойствами, наблюдаемыми в высокотемпературных сверхпроводниках. Графен состоит из углерода и самого тонкого материала во Вселенной, его толщина составляет всего один атом.
Материал похож на сотовую решетку, поэтому два слоя, скрученные под очень маленьким углом, приводят к тому, что электроны движутся по-разному. Новая работа показывает, что ограничения решетки, налагаемые малым углом закрутки, могут сильно способствовать параллельному выравниванию электронных спинов, даже когда электроны сильно отталкиваются друг от друга.
Физики из Университета предложили новое состояние Мотта, в котором эти электроны ведут себя невиданным ранее образом.
«Скрученные бислои графена очень многообещающие для множества технологических приложений в наноустройствах», – сказал Канджун Сео, постдокторант из группы OU, который был первым автором исследования. «Это очень интересная и важная физическая система."