Теперь команда под руководством Рутгерса проложила путь к разгадке одной из самых непреходящих загадок в физике материалов, обнаружив, что при наличии муарового узора в графене электроны организуются в полосы, как солдаты в строю.
Их результаты, опубликованные в журнале Nature, могут помочь в поиске квантовых материалов, таких как сверхпроводники, которые работали бы при комнатной температуре.
Такие материалы значительно снизят потребление энергии за счет повышения эффективности передачи энергии и электронных устройств.
«Наши результаты дают важный ключ к разгадке тайны, связывающей форму графена, называемую скрученным двухслойным графеном, со сверхпроводниками, которые могут работать при комнатной температуре», – сказала старший автор Ева Ю. Андрей, профессор Совета управляющих факультета физики и астрономии Рутгерского факультета искусств и наук Университета Рутгерса в Нью-Брансуике.
Графен – атомарно тонкий слой графита, который используется в карандашах – представляет собой сетку из атомов углерода, которая выглядит как соты. Это отличный проводник электричества и намного прочнее стали.
Команда под руководством Рутгерса изучила скрученный двухслойный графен, созданный путем наложения двух слоев графена и их небольшого смещения. Это создает "угол закручивания", который приводит к муаровому рисунку, который быстро меняется при изменении угла закручивания.
В 2010 году команда Андрея обнаружила, что муаровый узор, образованный скрученным двухслойным графеном, не только красив, но и существенно влияет на электронные свойства материала.
Это связано с тем, что муар замедляет электроны, которые проводят электричество в графене и проносятся мимо друг друга с огромной скоростью.
При угле закрутки около 1.1 градус – так называемый магический угол – эти электроны почти полностью останавливаются. Медленные электроны начинают видеть друг друга и взаимодействуют со своими соседями, чтобы двигаться синхронно.
В результате материал приобретает удивительные свойства, такие как сверхпроводимость или магнетизм.
Используя метод, изобретенный группой Андрея для изучения скрученного двухслойного графена, команда обнаружила состояние, при котором электроны организуются в полосы, которые трудно сломать.
«Наша команда обнаружила близкое сходство между этой особенностью и аналогичными наблюдениями в высокотемпературных сверхпроводниках, что предоставило новые доказательства глубинной связи, лежащей в основе этих систем, и открыло путь к разгадке их непреходящей тайны», – сказал Андрей.