Eksotiikkaa maagisen kulman grafeenissa

Pomeranchuk-vaikutus maagisen kulman grafeenissa paljastaa eksoottisen siirtymän kahden faasin välillä: nestefaasi (Fermi), jossa elektronien tilalliset asemat ovat häiriintyneet, mutta niiden magneettimomentit (nuolet) ovat täysin linjassa. Toinen on kiinteän kaltainen faasi, jossa elektronit ovat järjestyneet tilassa mutta niiden magneettimomentit vaihtelevat vapaasti.

Suurempi kuva

Weizmannin tiedeinstituutin ja Massachusettsin teknillisen instituutin tutkijat ovat löytäneet yllättävän faasisiirtymän maagisen kulman grafeenissa.

Suurin osa materiaaleista muuttuu kiinteistä aineista nesteiksi kuumennettaessa. Yksi harvinainen vastaesimerkki on helium-3, joka voi kiinteytyä kuumennettaessa. Tämä vastaintuitiivinen ja eksoottinen vaikutus, (Pomeranchuk-vaikutus) on nyt ehkä löytänyt elektronisen vastineensa materiaalissa, sanoo tutkimuksen vetäjä professori Shahal Ilani

Tämä tulos tulee alan ensimmäisestä elektronisen entropian mittauksesta atomiohuessa kaksiulotteisessa materiaalissa. "Entropia kuvaa materiaalin epäjärjestyksen tasoa ja määrittää, mikä sen faaseista on stabiili eri lämpötiloissa", Ilani selittää. "Tiimimme ryhtyi mittaamaan elektronista entropiaa maagisen kulman grafeenissa selvittääkseen joitain sen mysteereistä, mutta löysi toisen yllätyksen."

Entropia on fyysinen perusmäärä, jota ei ole helppo ymmärtää tai mitata suoraan. Mutkikkaiden ja hienostuneiden mittausten kautta vahvistui, että kohde käyttäytyy tarkalleen Pomerachuk-vaikutuksen mukaisesti.

"Tämä uusi tulos haastaa ymmärryksemme taikakulman grafeenista", toteaa teoreetikko Erez Berg. "Ajattelimme, että tämän materiaalin faasit olivat yksinkertaisia - joko johtavia tai eristäviä ja odotimme, että niin alhaisissa lämpötiloissa kaikki elektroniset vaihtelut ovat jäätyneet. Näin ei näytä olevan, kuten löytynyt jättimäinen magneettinen entropia osoittaa".

"Uudet havainnot antavat uutta tietoa vahvasti korreloivien elektronijärjestelmien fysiikasta ja ehkä jopa auttavat selittämään, kuinka tällaiset vaihtelevat spinit vaikuttavat suprajohtavuuteen", hän lisää.

Tutkijat myöntävät, etteivät he vielä tiedä miten selittää Pomeranchuk-vaikutusta maagisen kulman grafeenilla. Onko se täsmälleen kuten helium-3:ssa, että kiinteän kaltaisen faasin elektronit pysyvät suurella etäisyydellä toisistaan, jolloin niiden magneettimomentit pysyvät täysin vapaina?

"Emme ole varmoja", myöntää Ilani, "koska havaitsemallamme faasilla on" jakautunut persoonallisuus "- jotkut sen ominaisuuksista liittyvät liikkuviin elektroneihin, kun taas toiset voidaan selittää vain ajattelemalla, että elektronit ovat lokalisoituneet hilaan ".

Aiheesta aiemmin:

Magnetismin ja ferrosähkön kierteitä grafeenissa

Viritettävää suprajohtavuutta

Grafeenia pinoten ja kiertäen