Modello topologico di fermioni pesanti. (a) Uno schizzo della cella moiré di MATBG e del suo analogo del fermione pesante, dove i momenti locali e gli elettroni itineranti sono formati dall'effettivo f orbitali all'AA -regioni di stacking e bande di conduzione topologiche ( c ), rispettivamente. (b) La struttura a bande del modello BM all'angolo magico θ=1,05°, dove il moiré BZ e il momento di simmetria elevata sono illustrati nel riquadro superiore. Le sovrapposizioni tra gli stati di Bloch e le WF del processo sono rappresentate dai cerchi rossi. Il profilo di densità delle WF localizzate al massimo costruite ( f orbitali) è mostrato nel riquadro inferiore. (c) Bande date dal modello topologico dei fermioni pesanti (linee nere) rispetto alle bande BM (croci blu). La c (blu) e la f bande (rosse) nel limite disaccoppiato, dove γ=v′⋆ =0 , sono mostrati nel riquadro. Le linee tratteggiate arancioni indicano l'evoluzione dei livelli di energia come f−c l'accoppiamento è attivato. Credito:Lettere di revisione fisica (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.129.047601
Una coppia di ricercatori, uno dell'Università di Pechino, l'altro dell'Università di Princeton, ha scoperto che i parametri degli spettri di eccitazione del grafene contorto corrispondono direttamente agli attributi del modello del fermione pesante. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, Zhi-Da Song e B. Andrei Bernevig descrivono la costruzione di un modello per mostrare aspetti del modello Bistritzer-MacDonald e poi lo hanno utilizzato per dimostrare le caratteristiche del grafene a doppio strato contorto. Aline Ramires con il Paul Scherrer Institute ha pubblicato un articolo su News &Views sulla rivista Nature delineando l'opera di Bernevig e Song.
Il grafene è un foglio di carbonio piatto e 2D e oggetto di notevoli ricerche. Uno sforzo di ricerca quattro anni fa prevedeva il posizionamento di un foglio di grafene sopra l'altro e poi la torsione del foglio superiore. Dopo molti tentativi ed errori, quei ricercatori hanno scoperto che torcere il foglio superiore di una certa quantità (1,05 gradi) ha portato alla creazione di un superconduttore. Ciò li ha portati a riferirsi all'importo contorto come a un "angolo magico".
Da quel momento, altri ricercatori hanno studiato gli attributi del grafene a doppio strato attorcigliato allineato al suo angolo magico. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno studiato i suoi spettri di eccitazione e hanno scoperto che corrispondeva ai parametri del modello di fermione.
Un lavoro precedente ha dimostrato che il grafene a doppio strato contorto con il giusto orientamento assume alcune proprietà uniche:un insieme di elettroni, ad esempio, si muove, il che spiega la sua conduttività. Ma un altro insieme di elettroni rimane fisso. Le due caratteristiche contraddittorie del materiale consentono agli scienziati di inserire un campione tra un isolante e un superconduttore.
Per capire meglio perché ciò accade, Song e Bernevig hanno creato un modello del sistema e poi lo hanno utilizzato per eseguire calcoli esatti che descrivono il comportamento del materiale. Hanno scoperto di essere in grado di descrivere la struttura del grafene a doppio strato contorto rispetto ai materiali fermioni pesanti. Un ulteriore lavoro ha mostrato che i parametri del materiale corrispondevano direttamente ai parametri del modello del fermione pesante. I materiali fermionici pesanti sono quelli che si trovano in fondo alla tavola periodica. + Esplora ulteriormente
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