სიახლეები
გრაფენი წარმოადგენ მხოლოდ ერთი ატომური შრის მქონე ნახშირბადის ბრტყელ კრისტალს. როცა ორი გრაფენის შრე ერთმანეთთან ადგენს რაღაც მცირე კუთხეს წარმოიქმნება ე. წ. moiré-ს კრისტალის მაგვარი პერიოდული სტრუქტურა ელექტრონებისთვის. ასეთ ორ-შრიან სისტემაში ელექტრონები გვხვდებიან 4 მდგომარეობაში: სპინით ‘ზემოთ’ და ‘ქვემოთ’, გრაფენის ჰექსაგონალური კრისტალში წარმოქმნილ ორ ‘ღრმულთან’ კომბინაციაში. სურათზე დირაკის ელექტრონების 4 ‘არომატი’ წარმოდგენილია კონუსის ფორმის 4 ფერის ‘სითხით’.
ცნობილია, რომ როცა ყველა moiré-ს ზონა სავსეა (შედგება 4 ელექტრონისგან), ორშრიანი გრაფენი იქცევა როგორც იზოლატორი. თუმცა 2018 წელს აღმოაჩინეს, რომ სპეციფიკური ‘მაგიური’ კუთხისთვის სისტემა არის იზოლატორი moiré-ს ზონებისთვის 2 და 3 ელექტრონით. კიდევ უფრო უცნაური იყო ეგზოტიკური ზეგამტარობის დამზერა ასეთი დისკრეტული შევსებებისას.
ჟურნალ Nature-ს ივნისის ნომერში დაბეჭდილი სტატიის თანაავტორებმა ვაიცმანის ინსტიტუტიდან (ისრაელი) გრაფენში ელექტრონების ქცევაზე დასაკვირვებლად გამოიყენეს უნიკალური მიკროსკოპი ერთ-ელექტრონიანი ტრანზისტორებით ნახშირბადის ნანომილების ბოლოებზე. ამ ხელსაწყოს ძალუძს დიდი სიზუსტით გაზომოს ელექტრონების მიერ წარმოქმნილი ელექტრული პოტენციალი.
ჩვეულებრივ გრაფენში ელექტრონების ეფექტური მასა ძალიან მცირეა და ისინი იქცევიან როგორც დამოუკიდებელი ნაწილაკები. მაგიური-კუთხის გრაფენში კი პირიქით, ელექტრონების ეფექტური მასა ძალიან დიდია და მათი ქცევა განისაზღვრება სხვა ელექტრონების თვისებებით. ამიტომ მეცნიერები ელოდნენ მეტალური თვისებების დანახვას მძიმე ელექტრონებით. თუმცა მეტალი-იზოლატორი სიმეტრიული გადასვლების ნაცვლად ისინი დააკვირდნენ ელექტრონული კომპრესიულობის მკვეთრ ასიმეტრიულ ნახტომებს moiré-ს ზონების მთელი შევსების წერტილებთან ახლოს. გადასვლამდე არსებული ‘მძიმე’ ელექტრონები გადასვლის შემდეგ ხდებოდნენ ‘მსუბუქი’, უქრებოდათ 'არომატული' განსხვავება და მოგვაგონებდნენ გრაფენში არსებულ ‘დირაკის ელექტრონებს’. ასეთი ქცევის ასახსნელად მეცნიერებმა ივარაუდეს კასკადურად სიმეტრიის დამრღვევი ფაზური გადასვლების არსებობა.
აღმოჩნდა, რომ ფაზური გადასვლები და ელექტრონების დირაკის ქცევის აღდგენა ხდება მანამდე დაკვირვებული ზეგამტარული და იზოლატურული ფაზებზე მაღალ ტემპერატურებზე, რაც მიუთითებს ერთიანი წარმომქმნელი მდგომარეობის არსებობაზე.
წყარო:
Zondiner, U., Rozen, A., Rodan-Legrain, D. et al. Cascade of phase transitions and Dirac revivals in magic-angle graphene. Nature 582, 203–208 (2020).
