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絕緣態:在扭曲石墨烯雙分子層中,以“魔角”顯示出新的莫特態

絕緣態:在扭曲石墨烯雙分子層中,以“魔角”顯示出新的莫特態

物理學家在扭曲石墨烯雙分子層中,以“魔角”顯示出新的莫特態!俄克拉荷馬大學一個物理小組在發表在《物理評論快報》上的一項研究中,以“魔角”的角度揭示了在扭曲石墨烯雙分子層中觀察到的一種新莫特態。物理學家指出,石墨烯雙分子層中莫特態有利于電子自旋的鐵磁對齊,這是傳統莫特絕緣體中聞所未聞的現象,也是對扭曲石墨烯雙分子層中觀察到的新型絕緣態的一個新概念。

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霍默l道奇(Homer L. Dodge)物理學和天體物理學系副教授布魯諾烏喬亞(Bruno Uchoa)說:我們正試圖了解這個系統中莫特態的本質,研究提出的莫特態是一種絕緣狀態,在某些條件下可能導致超導,但與在其他系統中觀察到的莫特態不同。然而,它們之間存在根本差異,這正是我們正在研究的。莫特態物理學在過去的幾十年里已經在高溫銅超導材料中得到了廣泛的研究,這種材料在某些條件下可以在相對較高的溫度下傳輸電荷電流而不產生任何散熱。

絕緣態:在扭曲石墨烯雙分子層中,以“魔角”顯示出新的莫特態

然而,在莫特態相中,當一種材料不能導電時,電荷載體的運動受到它們強大相互電斥力的限制,從而導致絕緣行為。它還導致了反鐵磁性,即相鄰兩個電子的自旋是反平行的。后者的性質是泡利不相容原理的結果

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泡利不相容原理是量子力學的許多奇異性質之一,它指出兩個電子不能占據相同的量子態。新研究表明,石墨烯中的莫特態與其他已知例子在基本方面存在差異。該系統使用兩片以非常小的角度扭曲石墨烯,即所謂“魔角”,與高溫超導體的特性有關。

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石墨烯是由碳和宇宙中最薄的物質構成,只有一個原子那么厚。這種材料就像蜂窩晶格,所以兩層以非常小的角度扭曲會導致電子運動的不同。這項新研究表明,即使電子相互強烈排斥,小扭轉角施加的晶格約束也能強烈地促進電子自旋的平行排列。OU物理學家提出了一種新的莫特態,在這種狀態下,這些電子的行為方式是以前從未見過的。OU小組的博士后研究員、該研究的第一作者徐康軍(音譯)說:

絕緣態:在扭曲石墨烯雙分子層中,以“魔角”顯示出新的莫特態

扭曲石墨烯雙分子層在納米器件的各種技術應用中非常有前景,這是一個非常有趣和重要的物理系統。研究解決了有效的緊密結合哈密頓量,以一個神奇的角度描述了扭曲石墨烯雙分子層的絕緣莫特態。在這種結構中,扭曲雙分子層形成了具有局域態的蜂窩狀超晶格,其特征是具有四倍簡并度的扁平帶。在計算了最大局域超晶格萬尼埃波函數后,得到了描述莫特態的有效自旋模型,該系統是一種奇異的鐵磁莫特絕緣體,具有明確的實驗特征。

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