الرئيسية / أبحاث و دراسات / أقصى حد من التفاعلات الإلكترونية في الجرافين
"PF3175_bilayer_h" by Hinkle Group is licensed under CC BY-NC-SA 2.0
"PF3175_bilayer_h" by Hinkle Group is licensed under CC BY-NC-SA 2.0

أقصى حد من التفاعلات الإلكترونية في الجرافين

يمكن تعديل الخصائص الإلكترونية للبِنَى المغايرة لبلورات فان دير فالز ذَرِّية السُّمك بدرجةٍ كبيرة، من خلال فروق جهد شبيكة فائقة متموجة، ناتجة عن التواء طبقة بينية بين البلورات. وقد أدى ضبط تموج بِنْية النطاق إلى الاكتشاف الأخير للقدرة الفائقة على التوصيل، وأطوار العزل المرتبطة به في الجرافين الملتوي ثنائي الطبقات (TBG)، بالقرب من «الزاوية السحرية» للالتواء، التي تبلغ حوالي 1.1 درجة، ذات مخطط الأطوار الشبيه بالموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة الانتقالية المرتفعة.

في البحث المنشور، وضع الباحثون خريطة الخصائص البنيوية والإلكترونية مباشرة على المستوى الذري للجرافين الملتوي ثنائي الطبقات بالقرب من الزاوية السحرية، باستخدام تقنيتي التصوير المجهري والتحليل الطيفي بالمسح النفقي. رصد الباحثون اثنين من متفردات فان هوف (VHSs) في الكثافة الموضعية للحالات المحيطة بالزاوية السحرية، بفارق طاقة قدره 57 ملِّي إلكترون فولت، ينخفض إلى 40 ملِّي إلكترون فولت عند المعدلات المرتفعة للإشابة، سواء بالمواد الغنية بالإلكترونات، أم الثقوب. وعلى غير المتوقع، استمر فارق الطاقة لمتفردة فان هوف في الانخفاض مع انخفاض زاوية الالتواء، ليبلغ أدنى قيمة له في هذه الدراسة من 7 إلى 13 ملِّي إلكترون فولت، عند زاوية سحرية تبلغ 0.79 درجة.

وتوصَّل الباحثون إلى أمر في صميم السلوك المترابط لهذه المادة، وهو أنَّه عند الزاوية السحرية، تصل نسبة تفاعل كولوم إلى عرض النطاق لكل متفردة فان هوف (U/t) إلى أقصى قيمة لها، وهو الوضع الأمثل للآليات الإلكترونية لتزاوج كوبر. وعند الإشابة حتى ملء نحو نصف نطاق التموج، قسمت فجوة ناجمة عن الارتباط متفردة فان هوف التوصيلية بأقصى قدرٍ من فارق الطاقة، بلغ 6.5 ملِّي إلكترون فولت عند زاوية 1.15 درجة، وانخفض إلى 4 ملِّي إلكترون فولت عند زاوية 0.79 درجة.

توصَّل الباحثون كذلك إلى نتائج التحليل الطيفي المعتمدة على الإشابة، والأخرى المعتمدة على الزاوية باستخدام نموذج «هارتري–فوك»، الذي يسمح باستخلاص تفاعلات كولوم، التي تحدث في المنطقة، وبالقرب منها. أنتج هذا التحليل قيمةً تقترب من الواحد الصحيح لنسبة تفاعل كولوم إلى عرض النطاق لكل متفردة فان هوف، مما يشير إلى أنَّ الجرافين الملتوي ثنائي الطبقات ذا الزاوية السحرية متوسط الترابط. وبالإضافة إلى ذلك.. كشفت خرائط التحليل الطيفي بالمسح النفقي كسر تماثل دوراني معتمِد على الطاقة والإشابة، مضاعف ثلاث مرات في الكثافة الموضعية لحالات الجرافين الملتوي ثنائي الطبقات، بحيث يكون أقوى كسر تماثل بالقرب من مستوى فيرمي، ويزداد قوةً عند الإشابة، حتى يصبح نظامًا مترابطًا ناقص الإلكترونات.

يشير هذا إلى وجود قابلية خيطية إلكترونية قوية، أو حتى نظام خيطي في الجرافين الملتوي ثنائي الطبقات، في مناطق مخطط الأطوار، حيث تظهر القدرة على التوصيل الفائق بوضوح.

 

|| المصدر: نيتشر الطبعة العربية

شاهد أيضاً

Young scientists at the 68th Lindau Nobel Laureate Meeting 2018 © Ch. Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings

580 من العلماء الشباب من 88 دولة للمشاركة في اجتماع لينداو للحائزين على جائزة نوبل

580خطابا ارسلها المجلس العلمي  الذي يراس اجتماع لينداو للحائزين على جائزة نوبل  للعلماء الشباب من …