Le modèle de graphène torsadé présente un comportement électronique complexe

Modèle topologique de fermions lourds. (a) Un croquis de la cellule unitaire moirée de MATBG et de son analogue de fermion lourd, où les moments locaux et les électrons itinérants sont formés par le f effectif orbitales au AA -régions d'empilement et bandes de conduction topologiques (c), respectivement. ( b ) La structure de bande du modèle BM à l'angle magique θ =1, 05 °, où le moiré BZ et les moments de symétrie élevée sont illustrés dans le panneau supérieur en médaillon. Les chevauchements entre les états de Bloch et les WF d'essai sont représentés par les cercles rouges. Le profil de densité des WF construits localisés au maximum ( f orbitales) est illustré dans le panneau inférieur en médaillon. ( c ) Bandes données par le modèle topologique des fermions lourds (lignes noires) par rapport aux bandes BM (croix bleues). Le c (bleu) et le f bandes (rouge) dans la limite découplée, où γ=v′_⋆ =0 , sont présentés dans l'encart. Les lignes pointillées orange indiquent l'évolution des niveaux d'énergie en tant que f−c le couplage est activé. Crédit :Lettres d'examen physique (2022). DOI :10.1103/PhysRevLett.129.047601

Une paire de chercheurs, l'un de l'Université de Pékin, l'autre de l'Université de Princeton, a découvert que les paramètres des spectres d'excitation du graphène torsadé correspondent directement aux attributs du modèle des fermions lourds. Dans leur article publié dans la revue Physical Review Letters, Zhi-Da Song et B. Andrei Bernevig décrivent la construction d'un modèle pour montrer des aspects du modèle Bistritzer-MacDonald, puis l'ont utilisé pour démontrer les caractéristiques du graphène bicouche torsadé. Aline Ramires de l'Institut Paul Scherrer a publié un article News &Views dans la revue Nature décrivant le travail de Bernevig et Song.

Le graphène est une feuille de carbone plate en 2D et fait l'objet de recherches considérables. Il y a quatre ans, un effort de recherche consistait à placer une feuille de graphène sur une autre, puis à tordre la feuille supérieure. Après de nombreux essais et erreurs, ces chercheurs ont découvert qu'une certaine torsion de la feuille supérieure (1,05 degré) conduisait à la création d'un supraconducteur. Cela les a amenés à qualifier la quantité tordue d'"angle magique".

Depuis ce temps, d'autres chercheurs étudient les attributs du graphène bicouche torsadé aligné à son angle magique. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont étudié ses spectres d'excitation et ont trouvé qu'il correspondait aux paramètres du modèle de fermion.

Des travaux antérieurs ont montré que le graphène bicouche torsadé à la bonne orientation prend certaines propriétés uniques - un ensemble d'électrons, par exemple, se déplace, ce qui explique sa conductivité. Mais un autre ensemble d'électrons reste fixe. Les deux caractéristiques contradictoires du matériau permettent aux scientifiques de pousser un échantillon entre un isolant et un supraconducteur.

Pour mieux comprendre pourquoi cela se produit, Song et Bernevig ont créé un modèle du système, puis l'ont utilisé pour effectuer des calculs exacts décrivant le comportement du matériau. Ils ont découvert qu'ils étaient capables de décrire la structure du graphène bicouche torsadé par rapport aux matériaux de fermions lourds. D'autres travaux ont montré que les paramètres du matériau correspondaient directement aux paramètres du modèle des fermions lourds. Les fermions lourds sont ceux qui se trouvent au bas du tableau périodique. + Explorer plus loin