Электроны и дырки сосуществуют в новых сверхпроводящих состояниях шестислойного графена
Физики обнаружили в ромбоэдрическом шестислойном графене необычные сверхпроводящие и магнитные состояния. Особый интерес вызвал режим, в котором одновременно существуют и взаимодействуют электроны и дырки. Результаты опубликованы в Nature Physics; работа выполнена исследователями Корнеллского университета и их коллегами из Японии и Германии.
Шесть слоёв с определённым смещением
В исследованном образце слои графена сдвинуты относительно друг друга в повторяющейся последовательности. Такое ромбоэдрическое расположение отличается от произвольно скрученной стопки. Поэтому результаты нельзя автоматически переносить на любой материал из шести углеродных слоёв.
Образец заключили между изолирующими слоями гексагонального нитрида бора. Графитовые затворы сверху и снизу позволяли менять концентрацию носителей заряда и поперечное электрическое поле. Учёные измеряли электрическое сопротивление при изменении температуры и магнитного поля.
Какие состояния обнаружили физики
На фазовой диаграмме выделились несколько типов поведения:
- изолирующие состояния, связанные с взаимодействием электронов;
- области сверхпроводящего поведения;
- два вида орбитального магнитного порядка, обусловленного движением электронов.
Квантовые осцилляции сопротивления помогли определить типы носителей и восстановить поверхность Ферми. Вблизи инверсии зон два состояния со сверхпроводящими признаками возникали именно там, где сосуществовали электронные и дырочные поверхности Ферми. Это указывает на возможную роль взаимодействия обоих типов носителей, но ещё не устанавливает окончательный механизм сверхпроводимости.
Электрическое управление магнитным порядком
Одно из обнаруженных магнитных состояний сопровождалось электрической поляризацией. Его магнитный отклик можно было переключать электрическим полем. Такой результат делает систему интересной для изучения связи электрических и магнитных свойств в двумерных материалах.
Читайте также: Напряжение переключило магнитное состояние четырёхслойного графена.
Шестислойный графен в этой работе служит экспериментальной платформой для изучения коллективных квантовых эффектов. Результаты не означают получения сверхпроводника при комнатной температуре или готового электронного устройства. Микроскопическое происхождение необычного магнитного состояния остаётся предметом дальнейших исследований.
