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新型石墨烯体系登上《自然》!当温度升高时,电子竟然产生了冻结现象

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  两组研究人员分别发现,存在一种特定类型的石墨烯体系——当温度升高时,电子会冻结。

  由来自以色列、美国和日本的成员组成的第一个团队发现,将一层石墨烯放在另一层纸上,然后扭曲上面的一层,会导致一种石墨烯状态,在这种状态下,电子会随着温度的升高而冻结。


  在试图解释他们所观察到的现象时,他们发现近乎绝缘的相位的熵,大约是自由电子自旋的熵的一半。

  第二个团队的成员同样来自美国、日本和以色列,他们发现了同样的石墨烯体系。在他们的研究中,为了理解他们的观察结果,他们注意到绝缘体中产生了一个很大的磁矩。这两个团队都在《自然》杂志上发表了他们的研究结果。

  随着大多数物质周围温度的升高,构成这些物质的粒子被激发。这导致固体熔化成液体,液体变成气体。

  这可以用热力学来解释——更高的温度导致更多的熵,这是对无序的一种描述。在这项新的研究中,两个团队都发现了一个例外,那就是一种新型的石墨烯系统——在这个系统中,电子会随着温度的升高而冻结。

  这种石墨烯体系的打造非常简单。两个研究小组都只是简单地将一张石墨烯薄片放在另一张上面,然后非常轻微地扭曲上面的薄片。但它必须以他们所说的“魔术角度”(magic angle)扭曲,也就是1度的扭曲。moiré模式导致系统中电子的速度降低,反过来又导致更大的电阻,使系统接近绝缘体。

  随后,两个团队都对这些观察结果进行了更仔细的研究。他们都测量了扭曲晶格的熵,发现高温相的熵比低温相的熵大。

  他们都发现,扭曲层中的电子同时具有自旋和低自由度,他们指出,这可以被描述为同位旋(isospin)。他们都认为,随着系统温度的升高,它更接近于成为铁磁体。

  除了他们关于近绝缘相的熵的发现之外,第一个团队还注意到电子压缩率的一个突然的高峰。第二个研究小组还发现,当磁场作用于系统时,能同时占据能级的电子更少。

  上述研究以“Isospin Pomeranchuk effect in twisted bilayer graphene”为题,发表在《自然》杂志上。

  译/前瞻经济学人APP资讯组

  参考来源:https://phys.org/news/2021-04-graphene-electrons-temperature.html

  https://www.nature.com/articles/s41586-021-03433-2

  立足学术前沿,远瞻产业发展。更多数据请参考前瞻产业研究院《2021-2026年中国石墨烯行业深度市场调研与投资战略规划分析报告》,同时前瞻产业研究院提供产业大数据、产业规划、产业申报、产业园区规划、产业招商引资、IPO募投可研等解决方案。

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