Pablo Jarillo-Herrero는 그의 풍부한 에너지의 일부를 아침 달리기로 전달하고 있으며, 깜짝 놀란 보행자들이 튀어 나와서 점차 멀리 떨어져 사라졌습니다. 그는 스포츠 코트, 슬랙 스, 드레스 신발을 입지 않았으며 매사추세츠 기술 연구소의 캠퍼스를 가로 지르는 많은 이상한 긴 복도 중 하나에 국한되면 의심 할 여지없이 더 빠르게 움직일 것입니다. 그러나 기어와 도로에서 그가 부족한 것은 포장 된 강당이 그가 연단을 가져 가기를 기다리고 있다는 지식에 의해 결정되면서 결정을 내 렸습니다.
.Jarillo-Herrero는 2018 년 3 월 MIT의 실험실이 뒤틀린 이중층 그래 핀에서 초전도성을 발견했다는 2018 년 3 월의 극적인 발표 이후 그의 활동은 몇 차례 증가한 적이 없다.
이 발견은 2004 년 발견 이후로 고형 상태 물리학 분야를 강타한 데 가장 큰 놀라움이었다. 그로 인해 온전한 탄소 원자 (그래 핀)가 스카치 테이프 조각으로 흑연 블록에서 들어 올릴 수 있다는 사실은 나중에 노벨상을 수상했다. 그리고 그것은 응축 된 물리학 자들 사이에서 열광적 인 종족을 점화하여 MIT 결과를 탐구, 설명 및 확장하여 여러 실험실에서 복제 된 결과를 낳았습니다.
.초전도성의 관찰은 물리학 자들을위한 예상치 못한 놀이터를 만들었습니다. 실질적인 목표는 분명합니다. 고온 초전도성으로가는 길을 밝히거나 전자 제품에 혁명을 일으킬 수있는 새로운 유형의 장치를 고무 시키거나 양자 컴퓨터의 도착을 서두르는 것입니다. 그러나 더 미묘하고, 아마도 더 중요한이 발견은 과학자들에게 이국적인 양자 효과를 탐구하기위한 비교적 간단한 플랫폼을 제공했습니다. 컬럼비아 대학교 (Columbia University)의 물리학자인 코리 딘 (Cory Dean)은“이 연구를 최초로 복제 한 코리 딘 (Cory Dean)은“마법의 발진 플랫폼에서 소설 물리학을 공부하는 데 거의 실망스러운 풍요가있다”고 말했다.
이 모든 것이 Jarillo-Herrero가 이미 자신의 이름 인“Twistronics”를 얻은 Red-Hot 필드 앞에서 갑자기 나가야한다는 요구를 따라 잡기 위해 고군분투했습니다. "아마도 30 개가 넘는 그룹이 일하기 시작했을 것"이라고 그는 말했다. “3 년 안에 백은 백일 것입니다. 필드는 말 그대로 폭발하고 있습니다.” 글쎄, 아마도 말 그대로는 아니지만 다른 모든면에서는 것 같습니다. 그는 자신의 기술을 공유하라는 요청에 너무 늪에 빠졌고, 말하기 일정을 거의 3 배로 삼키면서 초대의 흐름에 거의 찌그러지지 않았다. 그의 학생들도 말하기 제안을 거절하고 있습니다. 3 월 미국의 물리 학회 연례 회의에서 그것은 그의 세션에서만 서 있었고, 문 밖에서 군중이 대화를 잡기를 바라고 있습니다.
.놀라운 관찰을 애타게하기 위해, 그의 그룹은 거의 정확히 1.1 도의 층에서 정확하고 어려운 애매한 비틀기를 조정해야했습니다. 그“마법”각도는 오랫동안 뒤틀린 이중층 그래 핀에 특별한 관심을 가지고있는 것으로 의심되었습니다. 그러나 아무도 그것이 이라고 예측하지 못했습니다 흥미로운. 싱가포르 국립 대학교의 물리학자인 안토니오 카스트로 네토 (Antonio Castro Neto)는“우리가 알고있는 것을 바탕으로 초전도율을 예측하는 것은 미쳤을 것입니다. "하지만 과학은 우리가 무언가를 이해할 때가 아니라 전진하지 않고, 실험에서 완전히 예상치 못한 일이 일어날 때입니다."
.믿음을 넘어서
Castro Neto는 알 것입니다. 2007 년에 그는 두 개의 잘못 정렬 된 그래 핀 시트를 함께 누르면 새로운 특성을 생성 할 수 있다고 제안했다. (그는 나중에 그래 핀이 특정 조건에서는 아마도 초전도가 될 수 있다고 제안했다.
미국과 유럽의 몇몇 그룹은 곧 뒤틀린 이중층 그래 핀의 특성을 연구하고 있었고, 2011 년 오스틴 텍사스 대학교의 이론 물리학자인 Allan MacDonald는 동료들에게 특정한“마법 각도”에서 흥미로운 행동을 찾기 위해 촉구했습니다. 다른 이론가들과 마찬가지로, MacDonald는 두 시트의 오정렬이 어떻게 각도 의존적 Moiré 패턴, 즉 비교적 거대한 세포의주기적인 그리드를 만드는 방법에 초점을 맞추 었으며, 각각은 두 시트에 수천 개의 그래 핀 결정 세포로 구성됩니다. 그러나 다른 사람들이 모이 레 세포의 수천 개의 원자에 의해 전자가 어떻게 영향을 받는지 결정하는 거대한 계산 복잡성으로 어려움을 겪고있는 경우, Macdonald는 단순화 개념에 부딪쳤다.
.그는 Moiré 셀 자체가 회전 각도에 따라 엄격하게 변하는 속성을 가질 것이라고 생각했다. 그 특성은 중요한 것이 었습니다. 셀의 유리 전자가 두 개의 그래 핀 시트 사이에서 터널을 얻거나 흘려야 할 에너지의 양은 에너지의 양입니다. 그 에너지 차이는 일반적으로 인터 시트 터널링의 장벽 역할을하기에 충분했습니다. 그러나 MacDonald는 회전 각도가 더 큰 각도에서 좁아지면서 터널링 에너지가 줄어들면서 마침내 정확히 1.1도에서 완전히 사라질 것이라고 계산했습니다.
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터널링 에너지가 작아지면서 시트의 전자는 속도가 느려지고 서로 밀접하게 상관됩니다. 맥도날드는 그때 무슨 일이 일어날 지 정확히 알지 못했습니다. 아마도 전도성이 높은 그래 핀 시트는 절연체로 변할 것입니다. MacDonald는“솔직히 이런 종류의 강력한 상관 시스템에서 어떤 일이 일어날 지 확신 할 수있는 도구가 없었습니다. "확실히 초전도는 당신이 가장보고 싶어하는 것이지만, 나는 그것을 예측할 신경이 없었습니다."
맥도날드의 아이디어는 크게 평평 해졌다. 그가 출판을 위해 그의 논문을 제출했을 때, 리뷰어들은 그의 단순화 가정을 불가능한 것으로 뒤지고, 국립 과학 아카데미의 절차에 착륙하기 전에 여러 저널에 의해 논문이 거부되었다. . 그런 다음 나온 후 실험가는 거의 없었습니다. Dean은“우리가 무엇을 얻을 것인지 확신하지 못했습니다. "그것은 추측처럼 느껴졌으므로 우리는 그것을 따로 보관했습니다."
또한 마법의 각도를 추구하는 데 느리게 느리게 하버드 대학교의 물리학자인 필립 킴 (Philip Kim)이자 실험적인 트위스트 이중층 그래 핀 필드의 학장이었다. (Dean과 Jarillo-Herrero는 그의 실험실에서 박사후 과정이었다.)“Allan의 이론이 너무 간단하다고 생각했다”고 그는 말했다. “그리고 대부분의 실험자들과 마찬가지로, 나는 아마도 각도를 충분히 제어 할 수 없다고 생각했습니다. 사람들은 그것을 잊기 시작했습니다.” 사실, Kim은 그와 그 분야의 많은 다른 사람들이 뒤틀린 이중층 그래 핀에서 완전히 움직일 준비가되어 있다고 말했다.
Jarillo-Herrero가 아닙니다. 그는 이미 MacDonald의 예측이 2011 년에 출판 될 때 1 년 동안 Twisted Bilayer Graphene에서 이미 일하고 있었으며, 동료가 시간 낭비로 그를 경고하려고 시도한 후에도 무언가가 있다고 확신했습니다. Jarillo-Herrero는“우리는이 실험실에서 모험을하려고 노력하고 있으며 냄새가 잘되고 있습니다. "이것은 옳았다."
그는 도전 과제는 1.1도 각도를 유지하는 것에 대한 재료의 자연스러운 반대를 극복하는 매우 균질 한 균질 한 그래 핀 시트를 만드는 것입니다. 그래 핀 시트는 서로 정렬하는 경향이 있습니다. 그리고 오프셋 위치로 강제 될 때, 초 유연성 시트는 변형되는 경향이 있습니다.
Jarillo-Herrero의 그룹은 제조 과정의 모든 측면을 연마하는 데 도움이되었습니다. 시트를 만들고 청소하는 것, 직각으로 줄을 뻗어 제자리에 밀어 넣는 것까지. 오염을 방지하기 위해 근처 진공 상태에서 측정을 수행해야했으며, 결과는 상관 관계가있는 전자 동작을 볼 가능성이 높기 위해 절대 0도 내에서 냉각되어야했습니다. 더 높은 온도에서는 전자가 너무 활력으로 움직여 강하게 상호 작용할 수 있습니다.
.이 실험실은 연구원들이 부르는 수십 개의 트위스트 이중층 그래 핀 "장치"를 생산했지만 전자 상관 관계에 대한 유의 한 증거를 보지 못했습니다. 그런 다음 2014 년에 그의 학생들 중 한 명이 전기장에 노출 될 때 뚜렷하게 유대 같은 단열 특성의 징후를 보이는 장치를 가져 왔습니다. Jarillo-Herrero는 단순히 장치를 제쳐두고 새로운 것을 계속 만들었습니다. “우리의 장치는 복잡합니다. 새로운 물리와 관련이없는 이상한 결과를 제공하는 가장자리와 다른 결함을 뒤집을 수 있습니다.”라고 그는 설명합니다. “흥미로운 것을 한 번 보면주의를 기울이지 않습니다. 다시 보면주의를 기울입니다.”
2017 년 여름, 21 세의 나이에 이미 MIT의 대학원 대학원에 있었던 박사 과정 학생 Yuan Cao는 Jarillo-Herrero에게주의를 기울여야 할 새로운 장치를 가져 왔습니다. 이전과 마찬가지로 전기장이 장치를 절연체로 전환했습니다. 그러나 이번에는 필드를 더 높이 올리려고 시도했고 갑자기 다시 초전도로 전환했습니다.
실험실은 향후 6 개월 동안 결과를 복제하고 측정을 중단했습니다. 이 작업은 엄격한 비밀로 이루어졌으며, 이는 트위스트 이중층 그래 핀 필드의 일반적으로 개방적이고 협력적인 문화에서 벗어났습니다. Jarillo-Herrero는“다른 사람이 초전도에 가까운 사람을 알 수 없었습니다. "우리는이 분야에서 항상 아이디어와 데이터를 공유하지만 경쟁이 치열합니다."
.2018 년 1 월, 종이가 준비된 후 그는 Nature 에서 편집자를 불렀습니다. , 자신이 가진 것을 설명하고 저널에 제출 한 일주일의 검토 과정에 동의했습니다. 저널은 동의했고, 논문은 러쉬 리뷰를 통해 날아 갔다.
Jarillo-Herrero는 Jarillo-Herrero가 마법의 각도를 추구하고 있다는 것을 알지 못했던 MacDonald에게 사전 출판 이메일 헤드 업을 보냈습니다. 맥도날드는“믿을 수 없었습니다. "나는 실제로 믿음을 넘어서서 그것을 발견했다." 학장 종이가 나왔습니다. 딘은“결과는 나에게 엄청나게 잘못되었다”고 말했다
완벽한 놀이터
물리학 자들은 실용적인 초전도기 일 가능성이 있기 때문에 마법의 앵글 앵글 트위스트 이중층 그래 핀에 대해 흥분합니다. 우선, 물질은 최대 약 140 켈빈의 온도에서, 또는 절대 0과 실내 온도 사이의 절반에서 초전도성이 발생할 수있는 이국적인 세라믹의 유형 인 Cuprate와 같이 의심스럽게 작용하는 것처럼 보입니다. 또한, 외부 전기장을 조정하면서 스페인 바르셀로나의 Photonic Sciences (ICFO)의 물리학 자 Dmitri Efetov는 외부 전기장을 조정하면서 트위스트 이중층 그래 핀의 갑작스런 점프가 가상 중단으로 둔화되고 있음을 나타냅니다. "그들이 멈출 때 [전자]는 더 강하게 상호 작용한다"고 그는 말했다. "그러면 그들은 짝을 이루고 슈퍼 플루드를 형성 할 수 있습니다." 유체와 같은 전자 상태는 모든 초전도체의 핵심 특징으로 간주됩니다.
Cuprates를 연구하는 30 년의 주된 이유는이 현상에 대해 상대적으로 적은 빛을 비추지 않았습니다. Cuprates는 복잡한 다중 요소 결정이기 때문입니다. Efetov는“그들은 재료가 잘되지 않았다”고 말했다. 반면에 트위스트 이중층 그래 핀은 탄소 일 뿐이며 더 많은 전자로 "도핑"하면 쉽게 다양한 전기장을 적용하기 만하면됩니다. Jarillo-Herrero는“강력한 상관 관계가있는 전자를 이해할 수있는 시스템이 있다면이 시스템이 있습니다. "다른 결정을 키우지 않고 전압 손잡이를 돌리거나 스탬프로 더 많은 압력을가하거나 회전 각도를 변경합니다." 학생은 거의 비용없이 한 시간 안에 도핑을 바꿀 수 있다고 그는 지적했다.
MacDonald는 또한 독특하다고 MacDonald는 매직 앵글 트위스트 트위스트 이중층 그래 핀에서 무거운 리프팅을하는 것처럼 보이는 소수의 전자라고 말했다. "전자 밀도가 낮은 전자에서 초전도를 보는 것은 전례없는 일입니다." "우리가 적어도 몇 배 이상 본 것보다 낮습니다." Scientific Preprint Server Arxiv.org에는 100 개가 넘는 논문이 나타났습니다. Princeton University의 이론 물리학자인 Andrei Bernevig는 상관 물리학을 탐구하기위한“완벽한 놀이터”라고 부릅니다.
물리학 자들은 그것을 열망하는 것 같습니다. 파리 근처의 나노 과학 및 나노 기술 센터의 물리학자인 Rebeca Ribeiro-Palau는 버튼을 문자 그대로 푸시하여 전도도의 극단을 뒤집을 수있는 것 외에도 이미 전자적 성격과 마찬가지로 이국적인 그래 핀의 자력 및 광학적 특성을 뒤틀어 놓을 수 있다는 좋은 증거가 이미 있습니다. 그녀는“원칙적으로 물질의 속성을 켜거나 끌 수 있습니다. 예를 들어, 맥도날드는 트위스트 이중층 그래 핀의 일부 절연 상태가 전자의 양자 스핀 상태에서 발생하는 자성이 동반되는 것으로 보이지만, 전형적인 경우와 마찬가지로 전자 궤도 각 운동량으로부터 발생하는 자성이 수반되는 것으로 보인다.
다가오는 시대
Jarillo-Herrero의 그룹은 마법의 각도임을 입증 했으므로 물리학 자들은 Twistronics 접근 방식을 다른 그래 핀의 다른 구성에 적용하려고합니다. Kim의 그룹은 2 개의 이중층의 그래 핀을 비틀기 위해 실험 해 왔으며 이미 초전도성과 상관 관계가있는 물리학의 증거를 발견했습니다. 다른 사람들은 다른 마법 각도에서 초전도성을 얻거나 조정 된 경우에도 3 층 이상의 그래 핀 층을 쌓고 있습니다. Bernevig는 층이 더 높아지고 더 높아짐에 따라 물리학 자들은 초전도성 온도를 얻을 수 있다고 주장합니다. 다른 마법 각도도 역할을 할 수 있습니다. 일부 그룹은 마법의 각도를 높이기 위해 시트를 더 단단히 짜서 달성하기가 더 쉬워지고, MacDonald는 더 풍부한 물리학이 더 작아서 타겟팅하기가 훨씬 어려워지면 마법 각도가 더 작아 질 수 있다고 제안합니다.
.한편, 다른 자료가 Twistronics 사진에 들어오고 있습니다. 반도체 및 전이 금속은 꼬인 층에 퇴적 될 수 있으며 상관 된 물리학의 좋은 후보자로 여겨 질 수 있습니다. Efetov는“사람들은 이런 식으로 조작 할 수있는 것보다 수백 개의 재료를 생각하고 있습니다. "판도라의 상자가 열렸습니다."
Dean과 Efetov는 말 그대로 주름을 제작 한 주름을 부드럽게함으로써 마법의 앵글 트위스트 이중층 그래 핀 장치의 상관 효과를 높이기 위해 이미 클래식 Twistronics라고 불리는 것을 고수하는 사람들 중 하나입니다. 두 층 사이에 화학적 결합이 없기 때문에 약간 오프셋 레이어가 정렬에 정착하려고 노력하기 때문에 마법의 각도 트위스트를 유지하도록 강요하면 최종 전시성 언덕, 계곡 및 구부러진 스트레스가 발생합니다. 이러한 국소 왜곡은 장치의 일부 영역이 트위스트 각도의 마법 범위 내에있을 수 있지만 다른 영역은 그렇지 않다는 것을 의미합니다. "나는 레이어의 가장자리를 붙이려고 시도했지만 여전히 국소적인 변형이있다"고 그는 불평했다. "이제 층이 함께 누르면 초기 변형을 최소화하는 방법을 찾으려고 노력하고 있습니다." EFETOV는 최근에 그 일을하는 진전을보고했으며, 결과는 이미 3 도의 켈빈의 온도 또는 이전에 관찰 된 것보다 두 배 높은 새로운 초전도 상태에서 이미 성과를 거두었습니다.
.Jarillo-Herrero는 놀라운 방식으로 뒤틀린 Bilayer Graphene 필드의 리드로 빠져 나와 다른 사람들이 따라 잡기를 기다리지 않았습니다. 그의 실험실의 주요 초점은 여전히 뒤틀린 이중층 그래 핀에서 더 이국적인 행동을 동축하려고 노력하면서 긴 시행 착오를 통해 초전도 샘플의 수율을 거의 50 %로 향상시켰다. 대부분의 다른 그룹은 그 중 10 분의 1 이하의 수율로 어려움을 겪고 있습니다. 장치를 제조하고 테스트하는 데 약 2 주가 걸리면 이는 엄청난 생산성 우위입니다. "우리는 방금이 마법의 앵글 그래 핀 시스템에서 나올 매혹적인 상태를보기 시작했다고 생각합니다." "탐험 할 광대 한 공간이 있습니다." 그러나 그의 기지를 덮기 위해, 그는 실험실을 다른 재료의 Twistronics를 탐험하게했습니다.
더 쉽게 만들고, 더 나은 성능, 고온 초전도기를 만들 수있는 경주의 지분은 엄청납니다. 열차를 침입하는 종종 유발 된 비전 외에도 전력 전송의 에너지 손실을 줄이면 경제를 촉진하고 전 세계의 유해한 배출량을 급격히 줄일 수 있습니다. Qubit Fabrication은 갑자기 실용적이 될 수 있으며, 아마도 양자 컴퓨터의 상승에있어 아마도 안내 할 수 있습니다. 초전도성이 없어도 일반 컴퓨터 및 기타 전자 장치는 이론적으로 전체 복잡한 전자 회로가 오늘날의 칩에 공통적 인 수십 개 이상의 복잡한 도전 재료를 필요로하지 않고 순수한 탄소 시트에 내장 될 수 있기 때문에 Twistronics의 비용과 비용을 크게 향상시킬 수 있습니다. Dean은“물질의 다른 속성을 서로 옆에 바로 옆에 통합하여 지역 전기장에 따라 변경할 수 있습니다. “나는 그것이 얼마나 심오한 지 설명 할 단어를 찾을 수 없습니다. 나는 무언가를 만들어야했다. 어쩌면 역동적 인 재료 공학?”
그러나 그러한 희망은 궁극적으로 튀어 나오지만, 지금은 트위스트 이중층 그래 핀의 흥분은 단지 건물을 짓고있는 것 같습니다. Castro Neto는“일부는 부끄러워 할 수도 있지만 그렇지 않습니다. "현장이 지금까지 계속 진행한다면 누군가는 이로부터 노벨상을 받게 될 것입니다." 이런 종류의 대화는 아마도 조기 일 것입니다. “실험실에서 한 일은 비현실적인 기대를 만듭니다.”라고 그는 인정합니다. "모두는 우리가 매년 새로운 혁신을 만들 것이라고 생각하는 것 같습니다." 그는 확실히 더 중요한 기여를하기로 결심했지만 다음 번의 전기 발견이 무엇이든 다른 실험실에서 나올 가능성이 높다고 예측했다. "나는 이미 그것을 사실로 받아 들였고 괜찮습니다."라고 그는 말했습니다. "당신이 유일하게 발전하고있는 분야에있는 것은 지루할 것입니다."
.설명 2019 년 3 월 9 일 :이 기사의 이전 버전은 그래 핀의“2004 Nobel Prize -Winning Discovery”를 언급했습니다. 이 발견은 2004 년에 이루어졌지만 노벨상은 나중에 나왔습니다. 문장은 이것을 명확하게하기 위해 개정되었습니다.
