Två distinkta supraledande tillstånd hittades i Bernal bilagergraf utmana nuvarande modeller

Den 19 februari 2025 funktion

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s förfarande för redigering och policys. Redaktörerna har framhävt följande egenskaper samtidigt som de säkerställt innehållets trovärdighet:

faktagranskad

peer-reviewed publikation

betrott källa

korrekturläst

av Ingrid Fadelli , Phys.org

Överledning är en eftersträvad materialegenskap, vilket innebär att elektrisk resistans är noll vid en specifik kritisk temperatur. Hittills har det observerats i olika material, inklusive nyligen i så kallade multilager grafenalotroper (dvs material som består av flera skikt av en hexagonal kolstomme).

Nyligen forskning har funnit att när dubbelskiktsgrenen placeras på en WSe2 (tungsten-diselenid) substrat, förstärks dess överledningsfaser. Detta resulterar i en större laddningsbärartäthet och högre kritisk temperatur (dvs temperaturen vid vilken ett material blir en överledare).

Forskare vid University of California vid Santa Barbara och California Institute of Technology har utfört en studie med syfte att ytterligare undersöka denna förbättring i grafenalotropen Bernal dubbelskiktsgrafen. Deras artikel, publicerad i Nature Physics, rapporterar observationen av två distinkta överledande faser i detta material, vilket utmanar nuvarande modeller för elektronparning i grafenalotroper.

'Innan detta arbete, hade vi observerat överledning i dubbelskiktsgrena utan WSe2 och våra medarbetare från Caltech, Prof. Stevan Nadj-Perge och Yiran Zhang, en doktorand vid tidpunkten, hade berättat för oss om sina nyligen resultat av högre kritisk temperatur när dubbelskiktsgrena är nära WSe2,' berättade Ludwig Holleis, försteförfattare till artikeln, för Phys.org. 'Vi började undersöka denna nyfunna överledbarhet och förbättringen av kritiska temperaturer och magnetfält.'

Huvudmålet med den senaste studien som Holleis och hans kollegor genomförde var att bättre förstå förbättringen av de kritiska temperaturerna och magnetfälten som tidigare rapporterats i dubbelskiktsgren nära WSe2, samt den grundtillstånd som den uppstår från. För att göra detta, undersökte de samma överledare som visades sig uppvisa den högsta kritiska temperaturen under en tidigare studie utförd vid Caltech.

'Vi hittade samma överledare igen i den prov vi mätte och observerade också den andra överledaren som har en mycket lägre kritisk temperatur,' förklarade Holleis. 'I princip är det enkla att observera överledare eftersom vi bara utförde resistansmätningar. Att förstå dess egenskaper är svårare.

'För att göra detta utförde vi högupplösta kvantoscialtationsmätningar, som mäter Fermi-ytan hos elektronerna—förenklat uttryckt, tillstånden i impulsrymden som elektronerna kan leva på.'

Intressant nog fann forskarna att de mätningar de samlade inte var kompatibla med den rotationssymmetri av kristallen de undersökte. Istället observerade de en preferensriktning, som är känt som nematicitet.

'Nematicitet har hittats i andra överledande material som järnöverledare, och det kan spela en viktig roll för överledning här såväl,' sade Holleis. 'Med det andra huvudresultatet, begränsningen av in-planens kritiska fält genom orbital oparande, försökte vi förstå lite mer mystiska data.'

Upptäck det senaste inom vetenskap, teknik och rymden med över 100 000 prenumeranter som förlitar sig på Phys.org för dagliga insikter. Registrera dig för vårt gratis nyhetsbrev och få uppdateringar om genombrott, innovationer och forskning som spelar roll—dagligen eller veckovis.

'I grunden är det in-planens kritiska magnetfält som generellt bestäms antingen av Paulis gräns, eller av Ising-spin-banankopplingen, som borde vara fallet här. Ingen av dessa verkade passa någon av de experimentella datan.'

Efter att ha diskuterat sina mätningar med teoretisk fysiker Prof. Erez Berg vid Weizmann Institute och hans student Yaar Vituri, föreslog Holleis och hans kollegor en ny oparande mekanism för överledning av in-planens orbitalmoment. Deras arbete kan snart inspirera nya studier som utforskar de distinkta överledande faserna de observerade, samtidigt som det också hjälper till att begränsa teorierna som förutsäger parningmekanismerna i grafenalotroper.

'Vi har redan skickat in en uppföljningsartikel om överledning på trelagersgraf av WSe2, lett av två andra doktorander i vårt laboratorium, Caitlin Patterson och Owen Sheekey,' tillade Holleis. 'Mer generellt sett är det svårt att förstå dessa (nu många) överledare i multilagergraf, och för närvarande arbetar vi med nya experimentella tekniker för att extrahera deras hemligheter.'

Mer information: Ludwig Holleis et al, Nematicitet och orbitalparning i superledande Bernal bilager grafen, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-024-02776-7

Caitlin L. Patterson et al, Superledning och spinnkantning i spinn-orbitnärhet proximitiserad romboedrisk trilager grafen, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.10190

Tidskriftsinformation: Nature Physics , arXiv

© 2025 Science X Network