Moire superrešetke, strukture koje nastaju kada su dva sloja dvodimenzionalnih (2D) materijala prekrivena malim uglom uvijanja, bile su u fokusu brojnih studija fizike. To je zato što je nedavno otkriveno da u njima žive nove fascinantne neopažene fizičke pojave i egzotične faze materije.
Istraživači sa Kalifornijskog državnog univerziteta Nortridž, Univerziteta u Stokholmu i Tehnološkog instituta u Masačusetsu (MIT) nedavno su predvideli pojavu novog kvantnog anomalnog stanja materije u frakciono popunjenim moare superrešetkastim trakama. Njihov rad, objavljen u Physical Reviev Letters, predviđa postojanje ovog stanja materije u upletenom poluprovodničkom dvosloju 𝑡MoTe 2.
„Moire materijali sadrže različite elektronske faze, uključujući topološke kvantne tečnosti i elektronske kristale“, rekao je Liang Fu, koautor rada, za Phys.org. „Uopšteno govoreći, kristalizacija i topologija su ukorenjene u aspektu čestica elektrona i aspekta talasa.“
Inspirisani nedavnim studijama koje su se fokusirale na moire superrešetke, Fu i njegove kolege su krenuli da istraže dvojnu prirodu elektrona u ovim materijalima. Nakon proračuna i razmatranja, oni su predvideli pojavu topološkog elektronskog kristala u ovim materijalima koji nikada ranije nisu primećeni.
„Naši primarni ciljevi su bili da razumemo koje nove kvantne faze mogu da se realizuju, s obzirom na različite karakteristične karakteristike moire superrešetkastih sistema sa bogatijom interakcijom između kinetičke energije i interakcije, kao i kako ih okarakterisati“, rekla je Dona Šeng, koautorka. papira.
Novo stanje materije koje je otkrio istraživački tim pokazuje intrigantnu kombinaciju isprepletenog feromagnetizma, reda naelektrisanja i topologije. Ova kombinacija svojstava je veoma neobična, pošto se generalno topologija i lokalni redosled punjenja takmiče i ne posmatraju se zajedno.
„Ova klasa stanja može biti prilično uobičajena u moar superrešetkama, sa izdajničkim eksperimentalnim potpisima uključujući kvantizovanu i iznenađujuće veliku Holovu provodljivost nultog polja“, rekao je Emil J. Bergholtz, koautor rada.
„Ono što ovo čini još izvanrednijim je to što snažne Kulonove interakcije pokreću ovo stanje. Bez ovih interakcija, sistem bi se ponašao kao jednostavan metal. Međutim, topologija sistema sa jakom interakcijom se ipak manifestuje u smislu efektivnih fermiona koji nemaju interakciju u oblik Čern izolacionog stanja“.
Predviđanje tima o ovom novom stanju materije je zasnovano na opsežnim numeričkim proračunima, koristeći podatke iz studija koje ispituju uvrnute dvoslojne poluprovodnike. Istraživači su takođe kreirali jednostavan fenomenološki model koji obuhvata glavne kvalitativne karakteristike novog stanja, nudeći bolje razumevanje njegove osnovne fizike.
„Naša studija je identifikovala novu i neočekivanu fazu materije koja kombinuje različite aspekte kvantnih fenomena koji nastaju u materijalima koji su u jakoj interakciji kao što su kristalizacija i topologija“, rekao je Ahmed Abouelkomsan, koautor rada.
„Ustanovljeno je da se ova faza takmiči sa susednim fazama kao što je kompozitna fermi tečna faza koja ne pokazuje kristalizaciju. Naši nalazi stoga služe kao vodič za trenutne eksperimente na moire materijalima koji pokušavaju da identifikuju moguće osnovne faze.“
Ova nedavna studija otvara nove mogućnosti za proučavanje egzotičnih faza materije u moire superrešetkama. Nedavne studije su prikupile eksperimentalno posmatranje kvantnog anomalnog Holovog kristala u uvrnutom dvoslojno-troslojnom grafenu, koji veoma liči na stanje koje je predvideo tim sa Kalifornijskog državnog univerziteta Northridge, Univerziteta u Stokholmu i MIT-a.
U svojim sledećim studijama, Fu, Šeng i njihove kolege planiraju da nastave da istražuju stanje materije koje su predvideli i nadamo se da otkriju druga egzotična stanja u moar superrešetkama. Na osnovu svojih rezultata, oni predviđaju da ceobrojni Chern izolatorski kristali pri punjenju frakcionih moare traka igraju važnu ulogu u fenomenologiji moar superrešetka.
„Takva stanja su primećena pod konačnim magnetnim poljem pre našeg rada i od tada su primećena na nultom polju u nekoliko moar sistema zasnovanih na grafenu“, rekao je Ejdan Redi, koautor rada.
„Ova fenomenologija postavlja mnoga teorijska pitanja. Na primer, kako da razmišljamo o energetskoj konkurenciji između ovih stanja i frakcionih Čern izolatora? Kako da razumemo odnos faktora punjenja kristala i Černovog broja prema Černovom broju osnovnih moare traka ?
„Uzbuđeni smo što ćemo nastaviti da razmišljamo o ovim pitanjima između ostalih.“
