跳到主要内容

话题

物态

物态

扭曲石墨烯的电子‘freeze’ when heated

21 Apr 2021 IsabelleDumé.
Pomeranchuk在Matbg的影响
Pomeranchuk在魔法角图中的影响,揭示了两相之间的异乎寻常的转变。信誉:Weizmann科学研究所

当大多数固体被加热时,它们将它们熔化成液体。这种行为在熵或病症方面是有道理的,或者液态通常比固态更混乱,更高的温度意味着材料内的颗粒随机振动,随机振动。然而,一个例外是氦-3。这种氦的同位素在加热上凝固,因为在其固态的状态下,其原子核旋转(或内部“旋转”)的波动使其能够比其液体对应物更高的熵。这种现象被称为Pomeranchuk在1950年预测它的理论物理学家Isaak Pomeranchuk之后的效果。

两个独立的研究人员 - 一个联合领导 沙哈尔·伊拉尼 以色列的 Weizmann学院Pablo Jarillo-Herrero麻省理工学院,美国(麻省理工学院)和另一个 安德烈年轻人加州大学圣巴巴拉,美国 - 现在已经全面地挖掘了魔法角扭曲双层石墨烯(MATBG)中的电子对电子的模拟。 Matbg中的电子熵的首次测量显示在该二维碳系统中意外的相变,并且可以对诸如高温超导体的其他强相关系统的物理提供新的见解。

人工“超晶格”

Matbg由两片石墨烯(碳原子的晶体排列在一个原子厚的六边形晶格中),彼此顶部堆叠在彼此顶部,具有小的未对准角度。这种扭曲在莫尔图案中排列原子,其周期取决于片材的晶形轴之间的相对角度而不是各个原子之间的间隔。

Moiré模式用作人工“超晶格”,其中材料的单位细胞(在其晶体结构中简单地重复碳原子)在所有方向上都非常膨胀。这种拉伸显着影响电子在材料中的相互作用方式。在所谓的“魔法”角度为1.1°,电子的能量带达到,使电子几乎停止速度。这种速度的急剧降低导致相关的行为,例如超导,磁性和其他量子现象。

在MATBG中,电子进入四种口味:旋转,旋转,两个“山谷”。每个晶格图案中的每个晶格部位比如此保持多达四个电子。当所有Moiré的网站完全满了—也就是说,当每个站点有四个电子时,Matbg表现为一个简单的绝缘体。

愚蠢的简单系统

在填充每个Moiré围系的填充水平时,大多数电子传输测量迄今为止表明,系统的行为同样相对简单:它类似于普通金属或费米液(即使在极限中保持有限的电阻)零温度)。然而,这一超级简单的图片,以隐藏丰富的细节,因为这是Weitzmann / MIT和UCSB团队注意到Pomeranchuk在行动中效果的填充物。

研究人员,他们在两个中报告他们的工作 背部 -至- 背部 自然 本文现在发现(费米)液相(FERMI)液相在加热时变换成固体相同的高度异端相关金属相,在MATBG中每个Moiré部位的一个电子的金属样填充物附近。在液相中,电子的空间位置是无序的,但它们的磁矩(箭头)完美对齐。在固体相位中,电子在空间中排序,但它们的磁矩自由地波动。

就像坚实的氦-3一样

“我们在相关金属相中看到的大熵类似于在固体氦-3中观察到的,而不是原子和核旋转,在Matbg中,我们具有电子和电子旋转(或谷磁性时刻),”理论物理学解释 Erez Berg. 与双方合作的Weizmann Institute。 “当对材料施加强磁场时,效果消失的事实确认效果来自电子磁矩的波动。”

研究人员还发现,高温相关金属相的每个电子熵大于通过Boltzmann常数的一部分大于低温费米液相的熵, KB (在哪里 KB= 1.38 x 10-23 j / k)每个晶格网站。在UCSB实验中,熵的增加为0.2 KB,而Weizmann团队发现值为0.8 KB。当MATBG每Moiré网站有一个免费的电子旋转时,该值接近熵预期。

在Graphene等原子薄结构中测量电子的熵不是卑鄙的壮举。这是因为2D材料含有很少的电子 - 与他们的散装同行不同,这使它们具有丰富。实际上,这是第一次研究人员成功地测量了原子薄2D系统的熵。

在美国普林斯顿大学的物理学家Biao Lian,注意到新发现,同时重要,“留下许多开放问题”。在一个相关 新闻和观点 文章指出,尚不知道低温金属相通过一阶相转变与高温相分离(以热力学性质的突然变化)分离出低温金属相位)或更平滑的“交叉”转变。

另一个神秘是在MATBG的带结构的其他整数填充物中没有电子Pomeranchuk效应(即,当频段是半或四分之三的时)。类似的行为,连争辩,可能发生在这些馅料上,但尚未观察到。

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者