低温量子显微镜显示石墨烯“奇异行为” 揭示相子与超导性关系


低温量子显微镜显示石墨烯“奇异行为” 揭示相子与超导性关系!以色列魏茨曼科学研究所团队在《自然》杂志上发表了一项新研究,介绍了一款用于探索量子现象的强大工具——低温量子扭转显微镜(QTM)。利用这款仪器,研究人员首次观察到电子与石墨烯扭曲层中一种被称为“相子”的奇异原子振动之间的相互作用。这些发现为理解石墨烯层旋转至“魔角”时出现的神秘超导性和奇异金属性提供了新线索。
材料的基本性质取决于其底层粒子,如电子流动决定了电阻,而声子的原子晶格振动则驱动热传导。当电子与声子耦合时,可能会产生新的现象。这种耦合使声子能够将电子结合成对,从而产生超导性。然而,针对单个声子模式的电子-声子耦合测量仍然是一项艰巨的挑战。
该团队研发出的新型QTM可在低温下工作,并以前所未有的精度对声子进行成像。新型QTM采用了一种非弹性过程,即电子在两个原子级薄层之间隧穿时会发射一个声子,该声子的能量和动量可通过调整层间的电压偏置和扭曲角度来控制。通过系统地调整这些参数,研究人员能够绘制出被研究材料的完整声子能谱。
将这项新技术应用于扭曲双层石墨烯后,研究人员发现一种被称为相子的独特低能振动与电子耦合,并随石墨烯层接近魔角而增强。这种行为以前从未被观察到,表明相子可能在观察到的奇异金属行为和超导性中扮演着关键角色。团队表示,这款显微镜还可以检测任何与隧穿电子耦合的激发态,有望成为量子材料研究领域的一款变革性工具。


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