「魔法の」2層グラフェンは奇妙な金属であることが判明しました

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Anonim
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「マジック」角度で回転した2層グラフェンでは、絶対零度に近い温度に対する電気抵抗のまれな線形依存性が見つかりました。この機能により、奇妙な金属と呼ばれる珍しいクラスの物質に関連する2層グラフェンが作成されます。これには、たとえば、常圧での超伝導温度の記録保持器を含む銅酸化物、およびルテネート、プニクチド、およびその他のいくつかの材料が含まれます。この発見は、そのような化合物における電荷と熱伝達の新しい基本的なメカニズムの存在を確認している、と著者らはジャーナルPhysicalReviewLettersに書いています。

グラフェンは、炭素の2次元同素体修飾であり、六角形に配置された原子が原子の厚さのシートに結合されて構成されています。グラフェンには、科学技術で役立つ可能性のある多くの珍しい特性があります。しかし、科学者たちはこの材料の新しい珍しい特徴を発見し続けています。

過去2年間の重要な発見の1つは、二層グラフェンの超伝導の発見です。シートを小さな角度で回転させると、グラフェン自体よりもはるかに長い周期の周期的なモアレ六角形超格子が作成されます。角度が「魔法の」値の1つを取り、その最小値が1、1度に近い場合、低温で物質は超伝導状態になります。詳細な研究により、そのようなグラフェンのいくつかの特性、特に状態図は銅酸化物-化合物に類似していることが示され、高温超伝導という用語が登場しました。

マサチューセッツ工科大学のPabloJarillo-Herreroと米国と日本の同僚は、銅酸化物に似た「魔法の」角度で2層グラフェンを回転させる別の機能を発見しました。絶対零度近くの温度に対する抵抗の線形依存性。このような規則性は、通常の金属では観察されません。通常の金属では、通常、超伝導相の後に抵抗が急激に増加します。さらに、現時点では、この現象の本格的な理論的説明はありません。

長い間、金属の電子伝達は、1900年に定式化されたドルーデ理論によってうまく説明されました。この理論は、導電率をガスと見なされる電子の密度、それらの質量、およびイオンによる散乱間の平均時間τに関連付けます。実際の粒子の質量を電荷キャリアの有効質量に置き換え、低温での散乱間の時間を比例τ〜T-2でリンクした量子補正により、このモデルは1980年代までのほとんどの実験データをうまく記述しました。

1986年の銅酸化物の発見は、理論の限界を示しました。それは、温度に対する抵抗の線形依存性でそれらで観察された奇妙な金属の相を説明することができませんでした。この振る舞いは、散乱間の時間が、ドルーデモデルのように二乗ではなく、温度の1乗に反比例することを示唆しています。二層グラフェンにおける奇妙な金属相の発見は、現象を輸送するための新しい理論的アプローチを開発する必要性をさらに示し、多くの異なるシステムにおけるそのような相の可能性について語っています。

ドルーデ式(理論的な観点からは十分に立証されていない)を使用して奇妙な金属の散乱間の時間を計算すると、式τ=Cℏ∕ kTが得られます。ここで、ℏはプランク定数、Tは温度、kはボルツマン定数です。定数であり、Cは数値係数の比例関係です。散乱率は電子-電子相互作用の強さに関係しているはずであり(元のドルーデモデルでは完全に無視されている)、さまざまな奇妙な金属では大きく異なります。

しかし、観察によれば、係数Cは、さまざまな奇妙な金属で1に近く、2層グラフェンでも同様です:新しい研究では、測定されたC値はからの範囲に落ちました1、1から1、6。この普遍性により、理論家は奇妙な金属における輸送現象の新しい基本的なメカニズムの存在について考えるようになります。科学者は、この状況をプランク散逸、つまり、物理法則によって許容される最大エネルギー散逸率に達する、多くの電子の量子もつれの状態と関連付けています。

2層グラフェンは、この分野での実験を継続するための便利なシステムであることが判明する可能性があります。その主な利点は、電圧を印加することによって超格子の充填率、つまり実際には電荷キャリアの密度を制御できることにありますが、他の奇妙な金属は他の不純物で新たに製造する必要があります。

初期の物理学者は、フォノンによる2層グラフェンの「魔法の」超伝導を説明し、その中の励起子を見て、それを異常な磁石に変えました。

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