Sıcaklık yükseldikçe elektronları donduran bir grafen sistemi
İki araştırmacı ekibi bağımsız olarak, sıcaklık yükseldikçe elektronların donduğu belirli bir grafen sistemi türü olduğunu keşfettiler. İsrail, ABD ve Japonya’dan üyelerin bulunduğu ilk ekip, bir grafen katmanını diğerinin üzerine yerleştirmenin ve ardından üste bükmenin, sıcaklıklar yükseldikçe elektronların donacağı bir grafen durumuna neden olduğunu buldu.
Ve gözlemlediklerini açıklamaya çalışırken, yakın yalıtım fazının entropisinin, serbest elektron dönüşlerinden beklenenin yaklaşık yarısı olduğunu keşfettiler. ABD, Japonya ve İsrail’den üyelerin bulunduğu ikinci ekip, aynı grafen sistemini buldu ve gözlemlerini anlamak için yaptıkları araştırmada, yalıtıcıda büyük bir manyetik momentin ortaya çıktığını belirttiler.
Çoğu maddenin etrafındaki sıcaklıklar yükseldikçe, oluştukları parçacıklar heyecanlanır. Bu, katıların sıvılara ve sıvıların gaza dönüşmesine neden olur. Bu termodinamik ile açıklanmaktadır – daha yüksek sıcaklıklar daha fazla entropiye yol açar, bu da düzensizliğin bir tanımıdır. Bu yeni çabada, her iki ekip de bu kuralın bir istisnasını buldu – sıcaklık yükseldikçe elektronların donduğu bir grafen sistemi.
Grafen sistemi çok basitti. Her iki takım da basitçe bir grafen tabakasını diğerinin üzerine koydu ve ardından üst tabakayı çok hafif büktü. Ancak, sadece 1 derecelik bir bükülmeyi tanımlayan “sihirli açı” olarak tanımladıkları şekilde bükülmesi gerekiyordu. Ortaya çıkan hareli desen, sistemdeki elektronların hızının düşmesine neden oldu ve bu da daha fazla dirence yol açarak sistemi yalıtkan olmaya yaklaştırdı.
Her iki ekip daha sonra bu gözlemleri daha yakından inceledi. Her ikisi de bunu bükülmüş kafesin entropisini ölçerek yaptılar ve yüksek sıcaklık fazının entropisinin düşük sıcaklık fazından daha büyük olduğunu buldular. Ve ikisi de bükülmüş katmandaki elektronların hem spin hem de düşük serbestlik derecesine sahip olduğunu buldular ki bu da izospin olarak tanımlanabilir. Ve ikisi de, sistemdeki sıcaklık yükseldikçe, bir ferromıknatıs olmaya yaklaştığını öne sürdüler. İzole yakın fazın entropisine ilişkin bulgularına ek olarak, ilk ekip ayrıca elektron sıkıştırılabilirliğinde ani yüksek bir tepe fark etti. Ve ikinci ekip, sisteme bir manyetik alan uygulandığında aynı anda daha az elektronun enerji seviyelerini işgal edebileceğini keşfetti.
Doğa (2021). DOI: 10.1038 / s41586-021-03409-2