Ερευνητές από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης κατάφεραν να διαχωρίσουν τις επιδράσεις της θερμοκρασίας των ηλεκτρονίων από εκείνες του ατομικού πλέγματος στο συνεστραμμένο διπλό στρώμα γραφενίου.
Στη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, η ομάδα χρησιμοποίησε ακτινοβολία terahertz για να θερμάνει αποκλειστικά τα ηλεκτρόνια, διατηρώντας το κρυσταλλικό πλέγμα αμετάβλητο. Η αντίσταση του υλικού αυξήθηκε σημαντικά, αποκαλύπτοντας μια ισχυρή ηλεκτρονική συμβολή στην παρεμπόδιση του ηλεκτρικού ρεύματος.
Η πρόκληση της μαγικής γωνίας
Όταν δύο στρώματα γραφενίου περιστρέφονται υπό τη «μαγική γωνία» των 1,1 μοιρών, δημιουργείται μια δομή moiré που επιβραδύνει τα ηλεκτρόνια και ενισχύει τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Στις συμβατικές μετρήσεις, η θέρμανση επηρεάζει ταυτόχρονα τα ηλεκτρόνια και το πλέγμα, καθιστώντας δύσκολο τον προσδιορισμό του αν η αντίσταση οφείλεται σε δονήσεις του πλέγματος (φωνόνια) ή σε συγκρούσεις μεταξύ ηλεκτρονίων.
Με τη χρήση ακτινοβολίας 0,14-terahertz, οι ερευνητές αύξησαν τη θερμοκρασία των ηλεκτρονίων κατά 20 Kelvin, ενώ το πλέγμα παρέμεινε ψυχρό. Η μεγάλη αύξηση της αντίστασης που παρατηρήθηκε επιβεβαίωσε τον κυρίαρχο ρόλο των ηλεκτρονικών συγκρούσεων.
Νέοι μηχανισμοί στην κβαντική μεταφορά
Σε συσκευές με διαφορετική γωνία στρέψης, η ομάδα παρατήρησε αύξηση της αντίστασης ανάλογη του τετραγώνου της θερμοκρασίας, ακόμη και σε πολύ χαμηλές πυκνότητες φορτίου. Σε αυτά τα επίπεδα, οι παραδοσιακοί μηχανισμοί εκτόνωσης του ρεύματος δεν θα έπρεπε να λειτουργούν. Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι οι συγκρούσεις ηλεκτρονίων μεταξύ διαφορετικών περιοχών (κοιλάδων) στη δομή ζωνών του υλικού μπορούν να μεταβάλουν τις ταχύτητες των ηλεκτρονίων και να μειώσουν το ρεύμα, παρά τη διατήρηση της συνολικής ορμής.
Η νέα αυτή μέθοδος προσφέρει ένα ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη των υλικών moiré, επιτρέποντας την ακριβέστερη αξιολόγηση των θεωριών κβαντικής μεταφοράς.
