Что такое магический угол
Магический трехслойный графен преодолел предел Паули и вернул сверхпроводимость
Муаровый узор на трехслойном графене
Condensed Matter Theory Center / Youtube
Физики из США и Японии обнаружили, что сверхпроводимость скрученного под магическим углом трехслойного графена выдерживает магнитные поля, в 2-3 раза превышающие теоретически предсказанный предел Паули для спин-синглетного спаривания, а также зафиксировали эффект возвратной сверхпроводимости на температурах, близких к абсолютному нулю. Эти и другие результаты экспериментов указывают на то, что трехслойный графен не относится к спин-синглетным сверхпроводникам — наиболее распространенным сверхпроводникам, описываемым теорией Бардина — Купера — Шриффера. Статья опубликована в Nature.
Известно множество соединений, проявляющих сверхпроводимость — свойство обладать нулевым сопротивлением ниже критической температуры. Помимо простых элементов и сплавов в этот список входят керамики, пниктиды железа, гидриды и органические соединения. Три года назад группа физиков под руководством Пабло Харильо-Эрреро (Pablo Jarillo-Herrero) из MIT обнаружила сверхпроводимость при температуре 1,7 кельвин в двухслойном графене, листы которого повернуты на магический угол в 1,1 градус. При таком скручивании слоев зависимость энергии от импульса электронов в двухслойном графене становится плоской, что позволяет им локализоваться в долинах максимального совпадения ячеек обеих решеток, которые располагаются в центрах шестиугольников муаровой сверхрешетки. Одним из преимуществ этой конструкции является возможность регулировать плотность носителей заряда в сверхпроводнике не прерывая эксперимента, что позволяет изучать фазовую диаграмму сверхпроводимости во всех подробностях. Примечательно, что своей фазовой диаграммой, а также «страннометаллическими» свойствами повернутый на магический угол двухслойный графен напоминает купраты — высокотемпературные сверхпроводники-рекордсмены при атмосферном давлении. Исследование вызвало большой резонанс в научном сообществе, вышло свыше 30 теоретических исследований первопричин сверхпроводимости в графене, а про фононную гипотезу мы писали в другом нашем материале.
Зависимость энергии электронов от импульса, муаровый узор и узлы муаровой сверхрешетки (желтые пятна) для двухслойного графена, повернутого на магический угол
Физики обнаружили удивительное взаимодействие электронов в графене с магическим углом
В 2018 году физики показали, что происходит нечто интересное, когда два листа наноматериала графена помещаются друг на друга
В 2018 году физики показали, что происходит нечто интересное, когда два листа наноматериала графена помещаются друг на друга. Когда один слой поворачивается на «магический угол» около 1,1 градуса по отношению к другому, система становится сверхпроводником, то есть проводит электричество с нулевым сопротивлением.
Еще более захватывающим было доказательство того, что это была нетрадиционная форма сверхпроводимости — тип, который может происходить при температурах значительно выше абсолютного нуля, где функционирует большинство сверхпроводящих материалов.
С момента первого открытия ученые работали над тем, чтобы понять это экзотическое состояние материи. Теперь исследовательская группа во главе с физиками Университета Брауна нашла новый способ точно исследовать природу сверхпроводящего состояния в графене с магическим углом. Этот метод позволяет исследователям манипулировать силой отталкивания между зарядами — кулоновским взаимодействием — в системе.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, физики показывают, что сверхпроводимость магического угла становится более устойчивой, когда кулоновское взаимодействие уменьшается, что является важной частью информации для понимания того, как работает этот сверхпроводник.
«Это первый случай, когда кто-то продемонстрировал, что вы можете напрямую манипулировать силой кулоновского взаимодействия в сильно коррелированной электронной системе», — сказал Цзя Ли, доцент физики в Брауне и автор исследования. «Сверхпроводимость обусловлена взаимодействиями между электронами, поэтому, когда мы можем управлять этим взаимодействием, это говорит нам что-то действительно важное об этой системе. В этом случае демонстрация того, что более слабое кулоновское взаимодействие усиливает сверхпроводимость, дает важное новое теоретическое ограничение для этой системы.»
«Нетрадиционные сверхпроводники являются захватывающими из-за их высокой температуры перехода и потенциальных применений в квантовых компьютерах, электрических сетях без потерь и в других местах», — сказал Ли. — Но у нас все еще нет микроскопической теории того, как они работают. Вот почему все были так взволнованы, когда что-то похожее на необычную сверхпроводимость происходило в графене с магическим углом. Его простой химический состав и настраиваемость в угле поворота обещают более четкую картину.»
Обычная сверхпроводимость была впервые объяснена в 1950-х годах группой физиков, в которую входил лауреат Нобелевской премии Леон Купер, профессор университета Брауна. Они показали, что электроны в сверхпроводнике искажают атомную решетку материала таким образом, что электроны образуют квантовые двойники, называемые куперовскими парами, которые способны беспрепятственно перемещаться через этот материал. В нетрадиционных сверхпроводниках электронные пары формируются способом, который, как считается, немного отличается от механизма Купера, но ученые пока не знают, что это за механизм.
Для этого нового исследования Ли и его коллеги придумали способ использовать кулоновское взаимодействие для исследования спаривания электронов в графене с магическим углом. Куперовское спаривание связывает электроны на определенном расстоянии друг от друга. Это спаривание конкурирует с кулоновским взаимодействием, которое пытается раздвинуть электроны. Если бы можно было ослабить кулоновское взаимодействие, куперовские пары теоретически должны были бы стать более прочно связанными, что сделало бы сверхпроводящее состояние более прочным. Это дало бы ключ к пониманию того, происходит ли в системе механизм Купера.
Чтобы манипулировать кулоновским взаимодействием для этого исследования, ученые построили устройство, которое помещает лист графена с магическим углом очень близко к другому типу графенового листа, называемому бислоем Берналя. Из-за того, что эти два слоя настолько тонки и настолько близки друг к другу, электроны в образце с магическим углом притягиваются к положительно заряженным областям в слое Берналя. Это притяжение между слоями эффективно ослабляет кулоновское взаимодействие, ощущаемое между электронами внутри образца с магическим углом, явление, которое исследователи называют кулоновским экранированием.
Один из атрибутов слоя Берналя сделал его особенно полезным в этом исследовании. Слой Берналя можно переключить между проводником и изолятором, изменив напряжение, приложенное перпендикулярно слою. Эффект кулоновского экранирования возникает только тогда, когда слой Берналя находится в проводящей фазе. Таким образом, переключаясь между проводимостью и изоляцией и наблюдая соответствующие изменения в сверхпроводимости, исследователи могли убедиться, что то, что они видели, было вызвано кулоновским экранированием.
Работа показала, что сверхпроводящая фаза становится сильнее при ослаблении кулоновского взаимодействия. Температура, при которой фаза распадалась, становилась выше и была более устойчивой к магнитным полям, разрушающим сверхпроводники.
«Увидеть этот эффект Кулона в этом материале было немного удивительно», — сказал Ли. «Мы ожидали, что это произойдет в обычном сверхпроводнике, но есть много доказательств того, что графен с магическим углом является нетрадиционным сверхпроводником. Поэтому любая теория этой сверхпроводящей фазы должна будет учитывать эту информацию.»
В то время как это исследование дает критическую новую информацию о графене с магическим углом, есть гораздо больше, что может раскрыть эта техника. Например, в этом исследовании рассматривалась только одна часть фазового пространства для сверхпроводимости с магическим углом. Возможно, говорит Ли, что поведение сверхпроводящей фазы изменяется в разных частях фазового пространства, и дальнейшие исследования откроют это.
«Способность экранировать кулоновское взаимодействие дает нам новую экспериментальную возможность, чтобы помочь понять эти квантовые явления», — сказал Ли. «Этот метод может быть использован с любым двумерным материалом, поэтому я думаю, что этот метод будет полезен при разработке новых типов материалов.»
Содержание
Математическое определение
Магический угол θм является
При вращении образца вокруг заданной оси их средняя угловая зависимость становится:
Угол β нельзя манипулировать, так как это зависит от ориентации взаимодействия относительно молекулярного каркаса и от ориентации молекулы относительно внешнего поля. Угол θрОднако это может решить экспериментатор. Если установить θр = θм ≈ 54,7 °, то средняя угловая зависимость обращается в ноль. Волшебный угол вращения это техника в твердотельный ЯМР спектроскопия, которая использует этот принцип для устранения или уменьшения влияния анизотропных взаимодействий, тем самым увеличивая спектральное разрешение.
Для не зависящего от времени взаимодействия, то есть гетероядерных диполярных связей, CSA и квадрупольных взаимодействий первого порядка, анизотропная составляющая значительно уменьшается и почти подавляется в пределе быстрого вращения, то есть когда частота вращения больше ширины взаимодействия.
Усреднение близко к нулю только в первом порядке. теория возмущений лечение; Члены более высокого порядка вызывают появление разрешенных частот, кратных частоте вращения, создавая вращающиеся боковые полосы в спектрах.
Зависящие от времени взаимодействия, такие как гомоядерные диполярные связи, труднее усреднить до их изотропных значений вращением под магическим углом; сеть сильно связанных спинов будет производить смешивание спиновых состояний в процессе вращения образца, мешая процессу усреднения.
Применение в медицинской визуализации: артефакт магического угла
Артефакт магического угла относится к усиленному сигналу, наблюдаемому при Последовательности МРТ с коротким временем эха (TE) (например, Т1 или последовательности спин-эхо протонной плотности) используются для изображения тканей с хорошо упорядоченными коллаген волокна в одном направлении (например, сухожилие или гиалиновый хрящ сустава). [1] Этот артефакт возникает, когда угол между такими волокнами и магнитным полем равен θм.
Пример: этот артефакт используется при оценке вращающая манжета сухожилия плеча. Эффект магического угла может создать вид тендинит надостной мышцы.
Армированная резина
Для достижения оптимальной нагрузки в прямой резине шланг волокна должны быть расположены под углом приблизительно 54,7 угловых градуса, также называемым магическим углом. Магический угол 54,7 точно уравновешивает продольное напряжение, вызванное внутренним давлением, и кольцевое (окружное) напряжение.
Содержание
Математическое определение
Магический угол θм является
При вращении образца вокруг заданной оси их средняя угловая зависимость становится:
Угол β нельзя манипулировать, так как это зависит от ориентации взаимодействия относительно молекулярного каркаса и от ориентации молекулы относительно внешнего поля. Угол θрОднако это может решить экспериментатор. Если установить θр = θм ≈ 54,7 °, то средняя угловая зависимость обращается в ноль. Волшебный угол вращения это техника в твердотельный ЯМР спектроскопия, которая использует этот принцип для устранения или уменьшения влияния анизотропных взаимодействий, тем самым увеличивая спектральное разрешение.
Для не зависящего от времени взаимодействия, то есть гетероядерных диполярных связей, CSA и квадрупольных взаимодействий первого порядка, анизотропная составляющая значительно уменьшается и почти подавляется в пределе быстрого вращения, то есть когда частота вращения больше ширины взаимодействия.
Усреднение близко к нулю только в первом порядке. теория возмущений лечение; Члены более высокого порядка вызывают появление разрешенных частот, кратных частоте вращения, создавая вращающиеся боковые полосы в спектрах.
Зависящие от времени взаимодействия, такие как гомоядерные диполярные связи, труднее усреднить до их изотропных значений вращением под магическим углом; сеть сильно связанных спинов будет производить смешивание спиновых состояний в процессе вращения образца, мешая процессу усреднения.
Применение в медицинской визуализации: артефакт магического угла
Артефакт магического угла относится к усиленному сигналу, наблюдаемому при Последовательности МРТ с коротким временем эха (TE) (например, Т1 или последовательности спин-эхо протонной плотности) используются для изображения тканей с хорошо упорядоченными коллаген волокна в одном направлении (например, сухожилие или гиалиновый хрящ сустава). [1] Этот артефакт возникает, когда угол между такими волокнами и магнитным полем равен θм.
Пример: этот артефакт используется при оценке вращающая манжета сухожилия плеча. Эффект магического угла может создать вид тендинит надостной мышцы.
Армированная резина
Для достижения оптимальной нагрузки в прямой резине шланг волокна должны быть расположены под углом приблизительно 54,7 угловых градуса, также называемым магическим углом. Магический угол 54,7 точно уравновешивает продольное напряжение, вызванное внутренним давлением, и кольцевое (окружное) напряжение.
LiveInternetLiveInternet
—Рубрики
—Видео
—Музыка
—Поиск по дневнику
—Подписка по e-mail
—Постоянные читатели
—Сообщества
—Статистика
Магические углы
Магические углы
Приметы и поверья про углы дома.
Почему детей ставят в угол?
Почему та, что сидит на углу стола замуж не выйдет?
Очистка углов.
Множество поверий связано с углами домов, квартир и предметов домашнего обихода.
Помните примету: «Кто на углу сидит, семь лет замуж не выйдет»?
Так чем же не угодил людям этот таинственный угол?
Дело в том, что выдающийся угол, такой как у стола или с внешней стороны зданий создает своего рода «энергетический ветер», который «сдувает» с человека его энергетику, что влечет за собой усталость, ослабление иммунитета и личные неудачи.
А вот впадающие углы, такие как в любой из квартир, наоборот, впитывают в себя энергию, как положительную, так и отрицательную, именно поэтому при энергетической чистке квартиры особое внимание уделяют углам.
Знали об этом наши предки или нет, но наказание, в котором шалившего ребенка ставили в угол, действовало практически безотказно. Ведь дитя, будучи поставленным в угол, быстро успокаивался и утихомиривался.
Однако именно по причине «откачивающих» свойств, человеку нельзя долго оставаться в углу, особенно ребенку. Малыш может потерять слишком много энергии, и у него начнутся недомогания.
Так как же приспособить этот треклятый угол в «мирных целях»?