Due gruppi di ricercatori hanno scoperto in modo indipendente che esiste un certo tipo di sistema di grafene in cui gli elettroni si congelano all'aumentare della temperatura. La prima squadra, con membri di Israele, Stati Uniti e Giappone, ha scoperto che posizionare uno strato di grafene sopra un altro e poi torcere quello sopra ha portato a uno stato di grafene in cui gli elettroni si sarebbero congelati all'aumentare della temperatura. E nel tentativo di spiegare ciò che hanno osservato, hanno scoperto che l'entropia della fase quasi isolante era circa la metà di quella che ci si aspetterebbe dagli spin di elettroni liberi. La seconda squadra, con membri degli Stati Uniti, Giappone e Israele, trovato lo stesso sistema di grafene e nella loro indagine per comprendere le loro osservazioni, hanno notato che un grande momento magnetico è sorto nell'isolante. Entrambe le squadre hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Natura . Biao Lian della Princeton University ha pubblicato un articolo su News and Views che illustra il lavoro di entrambi i team nello stesso numero della rivista.

Quando le temperature intorno alla maggior parte delle sostanze aumentano, le particelle di cui sono fatti sono eccitate. Ciò si traduce in solidi che si fondono in liquidi e liquidi che si trasformano in gas. Ciò è spiegato dalla termodinamica:temperature più elevate portano a più entropia, che è una descrizione del disordine. In questo nuovo sforzo, entrambi i team hanno trovato un'eccezione a questa regola:un sistema di grafene in cui gli elettroni si congelano all'aumentare della temperatura.

Il sistema del grafene era molto semplice. Entrambe le squadre hanno semplicemente posato un foglio di grafene sopra l'altro e poi hanno attorcigliato leggermente il foglio superiore. Ma doveva essere distorto in quello che descrivono come "l'angolo magico, " descrivendo una torsione di appena 1 grado. Il motivo moiré che ne risultava portava a una velocità inferiore degli elettroni nel sistema, che a sua volta ha portato a una maggiore resistenza, avvicinando il sistema ad essere un isolante.

Entrambe le squadre hanno quindi studiato queste osservazioni più da vicino. Entrambi lo hanno fatto misurando l'entropia del reticolo contorto e hanno scoperto che l'entropia della fase ad alta temperatura era maggiore rispetto alla fase a bassa temperatura. Ed entrambi hanno scoperto che gli elettroni nello strato attorcigliato avevano sia spin che un grado di libertà di punto basso, quale, hanno notato, potrebbe essere descritto come un isospin. Ed entrambi hanno suggerito che con l'aumentare della temperatura nel sistema, si avvicinò a diventare un ferromagnete. Oltre alle loro scoperte sull'entropia della fase quasi isolante, il primo team ha anche notato un improvviso picco elevato nella compressibilità degli elettroni. E il secondo team ha anche scoperto che un minor numero di elettroni potrebbe occupare livelli di energia contemporaneamente quando un campo magnetico veniva applicato al sistema.

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