حالت های کوانتومی غیرمعمول در گرافن شش لایه سرنخ هایی از ابررسانایی ارائه می دهد

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

گرافن، ماده‌ای متشکل از ورقه‌ای از اتم‌های کربن که در یک الگوی لانه زنبوری چیده شده‌اند، برای کاربردهای مختلف فناوری امیدوارکننده بوده است. موادی که در آنها چندین لایه گرافن روی هم چیده شده‌اند، می‌توانند خواص مفید متفاوتی از خود نشان دهند.

محققان دانشگاه کرنل در ایالات متحده، مؤسسه ملی علوم مواد در ژاپن و مؤسسه ماکس پلانک برای ساختار و دینامیک ماده در آلمان، خواص گرافن شش‌لایه لوزی لوزی را بررسی کردند که شامل شش لایه گرافن است که در یک الگوی تکراری به طرفین جابجا شده‌اند.

مقاله آنها که در Nature Physics منتشر شده است، حالات کوانتومی مختلفی را در این ماده در شرایط مختلف گزارش می کند.

شیائومنگ لیو، نویسنده ارشد مقاله، به Phys.org گفت: «کشف ما تا حدودی غیرمنتظره بود. "ما در ابتدا به مطالعه گرافن لوزی پیچ خورده پرداختیم، به این امید که نوارهای توپولوژیکی ایزوله ایجاد کنیم. با این حال، در یک دستگاه ساخته شده از روی هم قرار دادن دو ورقه گرافن سه لایه، لایه ها به هم تراز شدند و گرافن شش لایه لوزی شکل گرفت."

اندازه‌گیری‌های اولیه محققان روی گرافن شش لایه لوزی وجهی نشان‌دهنده رفتاری بود که در مطالعات قبلی با تمرکز بر گرافن پنج لایه گزارش نشده بود. این الهام بخش آنها شد تا نمودار فاز ماده را بررسی کنند، نموداری که حالاتی را که یک ماده در شرایط مختلف متحمل می شود، توصیف می کند.

لیو می‌گوید: «ما به‌ویژه شیفته رژیم نیمه فلزی شدیدا همبسته‌ای بودیم، جایی که الکترون‌ها و حفره‌ها در کنار هم هستند و برهم کنش می‌کنند.»

لیو و همکارانش ابتدا موادی را با شش لایه گرافن که روی یک الگوی لوزی ودرال روی هم چیده شده بودند، آماده کردند. این کار با جدا کردن پوسته های نازک از گرافیت و سپس جستجوی این پیکربندی انباشتگی خاص در بین تکه های جدا شده انجام شد.

پشته گرافن شش لایه بین لایه‌های عایق نیترید بور شش ضلعی با دروازه‌های مبتنی بر گرافیت در بالا و پایین آن قرار گرفت. محققان سپس اندازه گیری های مختلفی را جمع آوری کردند.

ابتدا، آن‌ها اندازه‌گیری کردند که چگونه الکتریسیته از طریق دستگاه شش لایه مبتنی بر گرافن آنها جریان می‌یابد در حالی که دمای آن، میدان مغناطیسی اعمال شده روی آن و تعداد حامل‌های بار درون آن تغییر می‌کند. آنها همچنین جریان الکتریسیته را اندازه گیری کردند در حالی که یک میدان الکتریکی با شدت های متفاوت را در سراسر پشته، از یک طرف لایه های گرافن به سمت دیگر هدایت می کردند.

لیو توضیح داد: "مقاومت الکتریکی در حال محو شدن ابررسانایی را نشان داد، در حالی که پاسخ غیرعادی هال شواهدی از مغناطیس مداری ناشی از حرکت مداری الکترون ها ارائه کرد." ما همچنین نوسانات کوانتومی، تغییرات مقاومت با میدان مغناطیسی را اندازه‌گیری کردیم که به ما اجازه می‌دهد سطح فرمی را بازسازی کنیم و انواع حامل‌های بار موجود را شناسایی کنیم.»

این تیم در نهایت حالت‌های الکترونیکی مختلفی را در دستگاه گرافن شش‌لایه خود، از جمله حالت‌های عایق مبتنی بر تعامل، مناطقی از نمودار فاز با رفتار ابررسانا و دو نوع مختلف مغناطیس مداری شناسایی کردند. دو حالت ابررسانا مانندی که آنها مشاهده کردند به طور خاص در شرایطی پدید آمدند که حامل های الکترون و حفره در کنار هم وجود داشتند، که نشان می دهد هر دو نوع حامل ممکن است در شکل گیری آنها نقش داشته باشند.

لیو گفت: "یافته اصلی ما کشف یک حالت ابررسانا جدید و یک آهنربای مداری چند آهنی جدید در گرافن شش لایه لوزی است." هر دو در یک رژیم نیمه فلزی همبستگی قوی ظاهر می‌شوند، جایی که الکترون‌ها و حفره‌ها با هم همزیستی می‌کنند و برهم کنش دارند.

این مطالعه پتانسیل گرافن شش لایه را برای مطالعه ظهور ابررسانایی و رفتار مغناطیسی ناشی از برهمکنش‌های الکترونی برجسته می‌کند. سایر تیم‌های تحقیقاتی می‌توانند از یافته‌های این تیم الهام بگیرند و به بررسی بیشتر نمودار فاز گرافن شش‌لایه لوزی وجهی بپردازند.

لیو و همکارانش اکنون در حال بررسی بیشتر حالت مغناطیسی مداری چندفرویی هستند که در دستگاه خود مشاهده کردند. به طور خاص، آنها در تلاشند تا بفهمند که چگونه الکترون‌ها و برهم‌کنش‌های آن‌ها به ظهور این حالت در مقیاس میکروسکوپی کمک می‌کنند.

لیو افزود: "کار در حال انجام ما این احتمال را افزایش می دهد که برخی از حامل ها یک کریستال الکترون تشکیل دهند در حالی که برخی دیگر در حالت رسانا و مایع مانند باقی می مانند." ما در حال جمع‌آوری شواهد بیشتری برای تعیین اینکه آیا این کریستال مغناطیس مداری تولید می‌کند، و اینکه آیا می‌تواند یک الکترون جامد توپولوژیکی ایجاد کند یا خیر، جمع‌آوری می‌کنیم.

توسط نویسنده ما Ingrid Fadelli، ویرایش شده توسط Sadie Harley، و بررسی واقعیت و بازبینی توسط رابرت ایگان برای شما نوشته شده است - این مقاله نتیجه کار دقیق انسانی است. ما برای زنده نگه داشتن روزنامه نگاری علمی مستقل به خوانندگانی مانند شما متکی هستیم. اگر این گزارش برای شما مهم است، لطفا یک کمک مالی (به ویژه ماهانه) در نظر بگیرید. به عنوان تشکر، یک حساب کاربری بدون آگهی دریافت خواهید کرد.

جینگهائو دنگ و همکاران، ابررسانایی و مغناطیس مداری فروالکتریک در گرافن شش لایه لوزی نیمه فلزی، فیزیک طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03443-9.

روزنامه نگار آزاد با لیسانس روانشناسی و کارشناسی ارشد روزنامه نگاری بین المللی. از سال 2018 هوش مصنوعی، رباتیک، علوم اعصاب و اخترفیزیک را پوشش می دهد. نمایه کامل →

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →