Жешките електрони откриваат нов извор на отпор во извиткан графен

Научници од Националниот универзитет во Сингапур открија дека судирите меѓу електроните можат значително да го зголемат електричниот отпор во извиткан двослоен графен. Резултатите, објавени во списанието Nature Communications, нудат нов начин за раздвојување на влијанието на електроните од влијанието на атомските вибрации во материјалот.

Извитканиот двослоен графен се добива со поставување две графенски ленти под мал агол една во однос на друга. При агол од приближно 1,1 степен, познат како магичен агол, се создава моаре-суперрешетка со необични електронски својства. Во оваа конфигурација електроните се движат побавно и посилно заемно дејствуваат, што може да доведе до појава на изолаторски состојби и суперпроводливост.

Вообичаените мерења на отпорот истовремено ги загреваат електроните и кристалната решетка. Поради тоа, тешко е да се утврди дали отпорот се зголемува поради судири меѓу електрони или поради фонони, односно вибрации на атомите. Истражувачите го надминале овој проблем со терахерцно зрачење, кое ги загревало главно електроните, додека решетката останувала речиси на иста температура.

Тимот изработил микроскопски уреди од извиткан графен, заштитен со слоеви од хексагонален борен нитрид. Со антени во уредите било внесено зрачење со фреквенција од 0,14 терахерци. Електроните достигнувале температура околу 20 келвини над температурата на решетката, додека загревањето на самата решетка било помало од еден келвин.

Кога електроните се загревале, отпорот во металните области на извитканиот графен се зголемувал за неколку илјади оми. Најсилен ефект бил забележан кај примероците блиску до магичниот агол. За споредба, во еднослоен графен речиси и да немало ваква фотоотпорност, што укажува дека зголемувањето на отпорот потекнува од специфичните електронски својства на извитканиот материјал.

Истражувачите забележале и отпор кој расте со квадратот на температурата, односно со зависност од типот T², дури и при исклучително мала густина на носители на полнеж. Во обичен метал, судирите меѓу електроните обично го зачувуваат вкупниот импулс и не би требало сами по себе да создадат отпор.

Како можно објаснување, тимот предлага судири меѓу различни електронски долини во извитканата структура. Поради необичната геометрија на енергетските ленти, таквите судири можат да ги променат брзините на електроните и да ја намалат струјата, иако вкупниот импулс останува зачуван. Измерениот коефициент се совпаѓа со теоретскиот опсег за овој механизам, но научниците нагласуваат дека не е докажано оти тој е единственото објаснување.

Методот со загревање на електроните, без значително загревање на решетката, може да се примени и кај други моаре-материјали и квантни системи со мала густина на носители. Тој им овозможува на физичарите подиректно да утврдат кои интеракции го ограничуваат движењето на електричниот полнеж.