작년에 트위스트 이중층 그래 핀 (Twisted Bilayer Graphene)이라는 재료의 초전도성의 블록버스터 발견은 이론가들을 경비원으로 잡았다. 출판 된 모든 반추에서, 그들 중 어느 누구도 Massachusetts Institute of Technology의 Pablo Jarillo-Herrero의 실험실에 나타난 현상에 대해 추측하지 못했습니다. 두 개의 그래 핀 (탄소 원자의 벌집 격자)이 1.1 킬로그의 상대 각도에서 쌓이고 비틀어 졌을 때 전기 저항력이 갑자기 상실되었습니다. 그러나 이론가들은 지금이“마법의 각도”에 대한 꾸준한 설명을 출판하면서 그 경과를 보완하고있다.
.어떤 이론이 어떤 이론이 어떤 이론이 뒤틀린 이중층 그래 핀의 행동을 밝히기 위해 가장 많이 수행 할 것인지 말하기에는 너무 이르거나“Twistronics”로 알려진 연구의 신흥 주제 인 2 차원 재료의 뒤틀린 스택에서 다른 현상을 예측할 수 있도록하기 위해 가장 적합합니다. 그러나 하나의 눈에 띄는 제안은 팩 앞쪽으로 뛰어들 수 있습니다. Physical Review Letters 에 3 월에 출판 된 논문에서 , 하버드 대학교는 물질 이론가 인 Grigory Tarnopolsky, Alex Kruchkov 및 Ashvin Vishwanath를 응축시켰다.
공정하게 말하면, 1.1도 트위스트에서 흥미로운 이중층 그래 핀 물리에 대한 Jarillo-Herrero의 길고 외로운 사냥은 일종의 예측에서 영감을 얻었습니다. 텍사스 대학의 Allan MacDonald와 Rafi Bistritzer의 2011 년 논문에서 그 각도에서 흥미로운 일이 일어나야한다는 것입니다.
.MacDonald와 Bistritzer는 두 그래 핀 시트 사이의 비틀기 정도가 전자가 그들 사이에 터널을 터널하는 능력을 제어 할 것이라고 추론했다. 그들은 터널링 속도가 1.05도에서 정점에 도달해야한다고 계산했다.이 각도에서는 두 시트의 십자형 격자에 의해 형성된 탄소 원자의 패턴이 전자가 그들 사이에서 움직일 수있게되기 때문이다. 하나의 차선을 똑바로 지키는 대신 두 개의 고속도로 차선 사이를 짜는 자동차와 마찬가지로 전자는 빈번한 터널링에 의해 느려집니다. 이것은 그들이 서로를“느낌”할 수있게하여 잠재적으로 흥미로운 물리학을 생성 할 수있게합니다. MacDonald는 초전도성을 감히 예측하지 못했습니다. 효율적인 전력 전송, 마찰이없는 열차, 양자 컴퓨터 등에 대한 엄청난 약속을 가진 현상.
Tarnopolsky, Kruchkov 및 Vishwanath의 "TKV"로 알려진 모델은 Texans의 사진에 비틀어지면서 말하자면 말하자면. 스페인의 물리학 자들의 작업에도 구축 된 그들은 이중층 그래 핀의 탄소 원자와 전자 사이의 상호 작용이 공간에 따라 어떻게 변하는 지 고려했습니다. Vishwanath는“이전 모델은 전자가 모든 지점에서 민주적으로 터널을 터널로 가정했습니다. "우리의 모델은 특정 지역에서 터널링을 끄고 전환합니다."
구체적으로, TKV 모델은 꼬인 시트의 탄소 원자가 다른 곳에서보다 정확하게 정렬되는 방식을 설명합니다. 다소 단순화하면서, 연구자들은 두 가지 유형의 교대 영역이 있다고 가정했습니다. 모든 탄소 원자가 완전히 정렬 된 영역과 원자의 절반이 정렬되고 절반이 상쇄되는 영역. 그들은 대부분의 터널링이 반 정렬 된 영역 내에서 발생한다고 주장합니다. 완전히 정렬 된 탄소 원자 사이의 반발은 해당 영역에서 그래 핀 시트가 분리되어 터널링을 금지하기 때문에 터널링을 금지하기 때문입니다. 이 그림은 왜곡 각도가 물리학을 변화시키는 이유를 설명합니다. 각도가 다양함에 따라 완전히 정렬되고 반 정렬 된 영역의 복잡한 패턴을 변경하여 전자를 동기화하고 저항없이 흐르는 터널링을 조절합니다.
.MacDonald의 모델은 전자가 마법의 각도에서 느려질 것이라고 예측하여 소위 평평한 밴드 인 비슷한 낮은 에너지로 남겨두고 상호 작용할 가능성이 더 높았습니다. TKV 모델에서 전자는 마법의 각도로 완전히 멈추어 정확하게 동일한 에너지 수준, 즉 완벽한 평평한 밴드를 만듭니다. 또한 새로운 모델에 따르면, 전자가 다음까지 높은 에너지 상태로 점프 해야하는 추가 에너지의 양은 마법 각도에서 엄청나게 커져서 전자를 완벽한 평면 밴드에 고정시킵니다. 이러한 조건은 전자 간의 강한 상관 관계를 촉진하여 초전도성 및 기타 신규 물리학을 유도합니다.
MacDonald 's와 Vishwanath의 모델은 터널링이 최대가되는 여러 마법 각도를 예측합니다. 이러한 각도 중 가장 큰 것은 실험적으로 달성하기가 가장 쉽습니다. 이 각도의 경우, 완전히 정렬 된 지역의 터널링을 제거하는 것은 큰 영향을 미치지 않기 때문에 모델은 약간 다릅니다. 스토리의 TKV 버전은 마법 각도의 경우 1.09도 대 마크도날드에서 1.05를 예측합니다. 새로운 모델은 관찰 된 1.1도에 더 가깝게 나타납니다. 그러나 실험이 둘을 명확하게 구별하기에 충분히 큰 차이가 확실하지 않습니다.
.그러나 소개되지 않은 작은 마법 각도에서 완전히 정렬 된 영역에서 터널링이 부족하여 더 두드러지기 때문에 예측이 크게 발산되기 시작합니다. MacDonald와 Vishwanath는 각각 0.5 및 0.3도 미만의 다음으로 큰 마법 각도를 페그에 붙입니다. 실험자들이 자신의 기술을 개선함에 따라 모델을 서로 대적 할 수 있습니다. 현재 TKV가 가장자리를 가질 수 있다는 힌트 중 하나의 힌트는 모델에 의해 생성 된 일련의 각도의 역수가 구형 모델과 달리 거의주기적인 진행을 따른다는 것입니다. (Vishwanath는 이유를 확신하지 못하지만, 진동 기타 줄의 고조파와 비슷하다고 의심되는데, 이는 전체 길이를 따라 전체적으로 진동 할 수있을뿐만 아니라 2 개의 반 길이, 3 개의 3 길이 등으로 진동 할 수 있습니다. 마찬가지로 첫 번째 마술 각도에서 달성 된 터널링 속도는 더 작은 각도에서 쳤을 수 있습니다.)
MacDonald는 TKV 모델이 한 걸음 앞으로 나아 갔다는 데 동의합니다. "이것이 평평한 밴드 특성에 대한 적어도 부분적 수학적 설명이라는 것은 의심의 여지가 없다"고 그는 말했다. 그러나 그와 Vishwanath는 완전히 정렬 된 지역에서 전혀 터널링이 일어나지 않는다는 가정은 거의 확실하게 지나치게 단순화된다고 지적했다. 또한, Vishwanath는 덧붙였다. 특정 각도로 그래 핀 시트를 함께 클램핑하려는 실험 자의 노력에 의해 도입 된 스트레스와 왜곡은 반 정렬 영역을 감소시키는 경향이 있으며, 이는 TKV 모델이 무시하는 요인이다. 그러나 Vishwanath는 이미 모델을 더 세분화하려고합니다. 그리고 실험자들은 더 편안한 시트를 달성하기 위해 노력하고 있으며, 이는 모델을 현실과 더 잘 일치시키는 데 도움이됩니다.
Vishwanath는“우리 모델은 문자 그대로 사실이 아니지만 그리 멀지는 않으며 좋은 출발점입니다. "마법 각도의 수소 원자와 같습니다." 이는 Niels Bohr의 1913 년 가장 간단한 원자 모델에 대한 언급이며, 모델의 현실에 맞는 모델의 느슨한 적합성에도 불구하고 스펙트럼 측정을 설명하고 양자 역학의 초기 분야를 고정시키는 데 Yeoman의 작업을 수행했습니다. TKV 모델은 이미 3 개 또는 4 개의 스택 시트가있는 것과 같이 그래 핀 시트의보다 복잡한 구성에서 발생할 수있는 일에 대한 이해를 이미 제공하고 있습니다.
이론가들이 그들의 아이디어를 연마함에 따라, 그들은 트위스트 이중층 그래 핀 및 기타 2D 재료 스택에서 실험적인 관찰을 따라 잡기를 희망합니다. 현실적인 모델을 갖는 것은 실험자에게 지금까지 Twistronics가 부족한 비판적 지침을 제공 할 것입니다.
Vishwanath는“이와 같은 분야에서는 오래된 이론적 도구가 작동하지 않습니다. "이것은 우리가 앞으로 나아갈 수 있도록 기본적인 일을해야한다는 것을 의미합니다."
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