Dalam dua lapisan graphene diputar melalui sudut "ajaib", ketergantungan linier langka dari hambatan listrik pada suhu mendekati nol mutlak ditemukan. Fitur ini membuat graphene lapis ganda yang terkait dengan kelas zat yang tidak biasa yang disebut logam aneh. Ini termasuk, misalnya, cuprates, termasuk pemegang rekor suhu superkonduktivitas pada tekanan normal, serta ruthenates, pnictides, dan beberapa bahan lainnya. Penemuan ini menegaskan adanya mekanisme fundamental baru dari muatan dan perpindahan panas dalam senyawa tersebut, tulis para penulis di jurnal Physical Review Letters.
Graphene adalah modifikasi alotropik karbon dua dimensi, terdiri dari atom-atom yang tersusun dalam bentuk segi enam, disatukan dalam lembaran-lembaran setebal atom. Graphene memiliki banyak sifat tidak biasa yang berpotensi berguna dalam sains dan teknologi. Namun, para ilmuwan terus menemukan karakteristik baru yang tidak biasa dari bahan ini.
Salah satu penemuan penting dalam dua tahun terakhir adalah penemuan superkonduktivitas dalam graphene bilayer. Memutar lembaran pada sudut kecil menciptakan superlattice heksagonal moiré periodik dengan periode yang lebih lama daripada graphene itu sendiri. Jika sudut mengambil salah satu nilai "ajaib", yang terkecil mendekati 1,1 derajat, maka pada suhu rendah zat tersebut masuk ke keadaan superkonduktor. Studi terperinci telah menunjukkan bahwa graphene semacam itu di beberapa propertinya, khususnya, diagram fasa, mirip dengan cuprates - senyawa, dengan penemuan istilah superkonduktivitas suhu tinggi muncul.
Pablo Jarillo-Herrero dari Massachusetts Institute of Technology dan rekan-rekannya dari Amerika Serikat dan Jepang menemukan fitur lain yang membuat graphene lapis ganda berputar pada sudut "ajaib" yang mirip dengan cuprates: adanya fase logam aneh dengan ketergantungan linier resistansi pada suhu dekat nol mutlak. Keteraturan seperti itu tidak diamati untuk logam biasa, di mana, sebagai aturan, peningkatan resistensi yang tajam terjadi setelah fase superkonduktor. Apalagi saat ini belum ada penjelasan teoritis yang lengkap untuk fenomena tersebut.
Untuk waktu yang lama, transpor elektron dalam logam berhasil dijelaskan oleh teori Drude, yang dirumuskan pada tahun 1900, yang menghubungkan konduktivitas dengan kerapatan elektron yang dianggap sebagai gas, massanya, dan waktu rata-rata τ antara hamburan oleh ion. Dengan koreksi kuantum yang menggantikan massa partikel nyata dengan massa efektif pembawa muatan dan menghubungkan waktu antara hamburan pada suhu rendah dengan proporsionalitas τ ∼ T-2, model ini berhasil menggambarkan sebagian besar data eksperimental hingga 1980-an.
Penemuan cuprates pada tahun 1986 menunjukkan keterbatasan teori tersebut, yang tidak dapat menjelaskan fase pengamatan logam aneh dengan ketergantungan linier terhadap suhu. Perilaku ini menunjukkan bahwa waktu antara hamburan berbanding terbalik dengan pangkat pertama suhu, dan tidak dengan kuadrat, seperti dalam model Drude. Penemuan fasa logam aneh dalam bilayer graphene juga menunjukkan perlunya mengembangkan pendekatan teoretis baru untuk mengangkut fenomena dan berbicara tentang kemungkinan fasa seperti itu yang ada di banyak sistem yang berbeda.
Jika kita menghitung waktu antara hamburan dalam logam aneh menggunakan rumus Drude (yang dibuktikan dengan buruk dari sudut pandang teoritis), kita mendapatkan ekspresi τ = Cℏ ∕ kT, di mana ℏ adalah konstanta Planck, T adalah suhu, k adalah konstanta Boltzmann, dan C adalah koefisien numerik proporsionalitas. Dipercaya bahwa laju hamburan pasti terkait dengan kekuatan interaksi elektron-elektron (yang sepenuhnya diabaikan dalam model Drude asli), dan keduanya sangat berbeda dalam berbagai logam aneh.
Namun, pengamatan menunjukkan bahwa koefisien C mendekati satu untuk berbagai jenis logam aneh dan, ternyata, untuk graphene dua lapis juga: dalam karya baru, nilai C yang diukur turun dalam kisaran 1,1 hingga 1,6. Universalitas ini membuat para ahli teori percaya bahwa ada mekanisme fundamental baru untuk fenomena transportasi dalam logam aneh. Ilmuwan mengaitkan situasi ini dengan disipasi Planckian, yaitu keadaan belitan kuantum banyak elektron, di mana laju disipasi energi maksimum yang diizinkan oleh hukum fisika tercapai.
Video promosi:
Graphene dua lapis mungkin berubah menjadi sistem yang nyaman untuk melanjutkan eksperimen di bidang ini. Keunggulan utamanya terletak pada kemampuan untuk mengontrol faktor pengisian superlattice, yaitu kepadatan pembawa muatan, dengan menerapkan tegangan listrik, sedangkan logam asing lainnya harus dibuat baru dengan pengotor lainnya.
Timur Keshelava
