ابررسانايي و نظم بار الكتريكي در گرافين دو لايۀ چرخيده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

فيزيك

دكتري

ﻣﺸﺎﻫﺪﺍﺕ ﺍﺧﯿﺮ ﺩﺭ ﻣﻮﺭﺩ ﻭﺟﻮﺩ ﻓﺎﺯ ﻋﺎﯾﻖ ﻭ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎ ﺍﺯ ﻧﻮﻉ ﻫﻤﺒﺴﺘﮥ ﻗﻮﯼ ﺩﺭ ﮔﺮﺍﻓﯿﻦ ﺩﻭﻻﯾﻪ ﭼﺮﺧﯿﺪﻩ TBG، ﯾﮏ ﺑﺴﺘﺮ ﺟﺪﯾﺪ ﺑﺮﺍﯼ ﻣﻄﺎﻟﻌﮥ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﻏﯿﺮ ﻣﺘﻌﺎﺭﻑ ﺍﯾﺠﺎﺩ ﮐﺮﺩﻩ ﺍﺳﺖ. ﻓﺎﺯ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﺑﺮﺍﯼ ﺍﯾﻦ ﺳﺎﻣﺎﻧﻪ ﺩﺭ ﺯﺍﻭﯾﮥ ﭼﺮﺧﺸﯽ ﺗﻘﺮﯾﺒﺎ ﺑﺮﺍﺑﺮ ﺑﺎ ◦80٫1 ﺍﺗﻔﺎﻕ ﻣﯽﺍﻓﺘﺪ، ﭼﮕﺎﻟﯽ ﺣﺎﻣﻞﻫﺎ ﺩﺭ ﺍﯾﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﺗﻘﺮﯾﺒﺎ ﺑﺮﺍﺑﺮ 2cm− 1101 ﻭ ﺩﻣﺎﯼ ﮔﺬﺍﺭ ﺑﻪ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﺑﺮﺍﺑﺮ ◦K7٫1 ﺍﺳﺖ. ﺍﯾﻦ ﺭﻓﺘﺎﺭ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﺑﻪ ﺑﺮﻫﻤﮑﻨﺶ ﺍﻟﮑﺘﺮﻭﻥ−ﺍﻟﮑﺘﺮﻭﻥ ﺩﺭ ﺯﻭﺍﯾﺎﯼ ﺧﺎﺹ ﻧﺴﺒﺖ ﺩﺍﺩﻩ ﻣﯽﺷﻮﺩ. ﺯﻣﺎﻧﯽ ﮐﻪ ﺳﺎﻣﺎﻧﻪ ﺍﺯ ﻧﻈﺮ ﺑﺎﺭ ﺍﻟﮑﺘﺮﯾﮑﯽ ﺩﺭ ﺣﺎﻟﺖ ﺧﻨﺜﯽ ﻗﺮﺍﺭ ﺩﺍﺭﺩ ﯾﻌﻨﯽ ﻫﯿﭻ ﺁﻻﯾﺸﯽ ﺩﺭ ﺁﻥ ﺍﺗﻔﺎﻕ ﻧﯿﻔﺘﺎﺩﻩ ﺍﺳﺖ ﻭ ﺑﺮﺍﯼ ﺯﻭﺍﯾﺎﯼ ﭼﺮﺧﺶ ﮐﻮﭼﮏ، ﭼﻬﺎﺭ ﻧﻮﺍﺭ ﺍﻧﺮﮊﯼ ﺗﺨﺖ ﺩﺭ ﺳﺎﺧﺘﺎﺭ ﻧﻮﺍﺭﯼ ﺳﺎﻣﺎﻧﻪ ﻇﺎﻫﺮ ﻣﯽﺷﻮﺩ ﮐﻪ ﺑﺎﻋﺚ ﺑﺎﺯﺑﻬﻨﺠﺎﺭﺵ ﺳﺮﻋﺖ ﻓﺮﻣﯽ ﺍﻟﮑﺘﺮﻭﻥﻫﺎ ﺩﺭ ﻧﺰﺩﯾﮑﯽ ﻧﻘﺎﻁ ﺩﯾﺮﺍﮎ ﻣﯽﮔﺮﺩﺩ. ﺩﺭ ﺑﺮﺧﯽ ﺯﺍﻭﯾﻪﻫﺎﯼ ﭼﺮﺧﺶ ﻧﺰﺩﯾﮏ ﺑﻪ ﺻﻔﺮ، ﺳﺮﻋﺖ ﺩﺭ ﻧﻘﻄﮥ ﺩﯾﺮﺍﮎ ﻭﺍﻗﻌﺎ ﺑﻪ ﺻﻔﺮ ﻣﯽﺭﺳﺪ ﮐﻪ ﺍﯾﻦ ﺯﺍﻭﯾﻪﻫﺎ ﺭﺍ ﺯﺍﻭﯾﻪﻫﺎﯼ ﺟﺎﺩﻭﯾﯽ ﻣﯽﮔﻮﯾﻨﺪ. ﻧﺎﻫﻤﺘﺮﺍﺯﯼ ﺩﻭ ﻻﯾﮥ ﮔﺮﺍﻓﯿﻦ ﺩﺭ ﺯﺍﻭﯾﮥ ﺟﺎﺩﻭﯾﯽ ﺑﺎﻋﺚ ﺍﯾﺠﺎﺩ ﯾﮏ ﺷﺒﮑﮥ ﻣﺘﻨﺎﻭﺏ ﺑﺎ ﺩﻭﺭﮤ ﺗﻨﺎﻭﺏ ﺑﺴﯿﺎﺭ ﺑﺰﺭﮔﺘﺮ ﺍﺯ ﺩﻭﺭﮤ ﺗﻨﺎﻭﺏ ﺷﺒﮑﮥ ﮔﺮﺍﻓﯿﻦ ﻣﯽﺷﻮﺩ. ﺍﯾﻦ ﺷﺒﮑﮥ ﺟﺪﯾﺪ ﺭﺍ ﺷﺒﮑﮥ ﻣﺎﺭﻩ ﻣﯽﮔﻮﯾﻨﺪ ﮐﻪ ﻧﻘﺶ ﺍﺳﺎﺳﯽ ﺩﺭ ﺗﺸﮑﯿﻞ ﻧﻮﺍﺭﻫﺎﯼ ﺗﺨﺖ ﺩﺍﺭﺩ. ﻣﺪﻝ ﻣﻮﺛﺮﯼ ﮐﻪ ﺑﺮﺍﯼ ﺗﻮﺻﯿﻒ ﺍﯾﻦ ﺳﺎﻣﺎﻧﻪ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻣﯽﮐﻨﯿﻢ ﺑﺮ ﺍﺳﺎﺱ ﺍﯾﻦ ﺷﺒﮑﮥ ﻣﺎﺭﻩ ﺳﺎﺧﺘﻪ ﻣﯽﺷﻮﺩ. ﺍﯾﻦ ﻣﺪﻝ ﮐﻪ ﺗﻮﺳﻂ ﮐﺎﻧﮓ ﻭ ﻭﺍﻓﮏ ﭘﯿﺸﻨﻬﺎﺩ ﺷﺪﻩ ﺍﺳﺖ ﺷﺎﻣﻞ ﭼﻬﺎﺭ ﺍﻭﺭﺑﯿﺘﺎﻝ ﻭﺍﻧﯿﺮ ﺍﺳﺖ ﮐﻪ ﺩﺭ ﺟﺎﯾﮕﺎﻩﻫﺎﯼ ﺷﺒﮑﮥ ﻣﺎﺭﮤ ﻻﻧﻪ ﺯﻧﺒﻮﺭﯼ ﻗﺮﺍﺭ ﮔﺮﻓﺘﻪﺍﻧﺪ. ﻋﻼﻭﻩ ﺑﺮ ﺟﻤﻼﺕ ﭘﺮﺵ ﺑﯿﻦ ﺍﻭﺭﺑﯿﺘﺎﻝﻫﺎ، ﺑﺮﻫﻤﮑﻨﺶﻫﺎﯼ ﺩﺭﻭﻥ−ﺍﻭﺭﺑﯿﺘﺎﻟﯽ ﻭ ﺑﯿﻦ−ﺍﻭﺭﺑﯿﺘﺎﻟﯽ ﺭﺍ ﻫﻢ ﺑﻪ ﻫﺎﻣﯿﻠﺘﻮﻧﯽ ﺳﺎﻣﺎﻧﻪ ﺍﺿﺎﻓﻪ ﮐﺮﺩﻩ ﻭ ﺍﺯ ﯾﮏ ﻣﺪﻝ ﻫﺎﺑﺎﺭﺩ ﺗﻌﻤﯿﻢ ﯾﺎﻓﺘﻪ ﺑﺮﺍﯼ ﺗﻮﺻﯿﻒ ﺁﻥ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻣﯽﮐﻨﯿﻢ. ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺕ ﻣﺎ ﺑﺮ ﺍﺳﺎﺱ ﺭﻭﺵﻫﺎﯼ ﺧﻮﺷﻪﺑﻨﺪﯼ ﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻣﯽﮔﯿﺮﺩ، ﺑﺪﯾﻦ ﺗﺮﺗﯿﺐ ﮐﻪ ﺑﺮﺍﯼ ﺑﺮﺭﺳﯽ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﺍﺯ ﺭﻭﺵ ⅭⅮⅯFT ﻭ ﺧﻮﺷﻪﻫﺎﯾﯽ ﻣﺘﺸﮑﻞ ﺍﺯ ﭼﻬﺎﺭ ﺟﺎﯾﮕﺎﻩ ﺷﺒﮑﻪ ﮐﻪ ﺩﺭ ﻣﯿﺎﻥ 6 ﺍﻭﺭﺑﯿﺘﺎﻝ ﺣﻤﺎﻡ ﻗﺮﺍﺭ ﮔﺮﻓﺘﻪﺍﻧﺪ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻣﯽﮐﻨﯿﻢ. ﺩﺭ ﻣﻄﺎﻟﻌﮥ ﻓﺎﺯ ﻋﺎﯾﻖ ﻫﻤﺒﺴﺘﻪ ﺍﺯ ﺭﻭﺵ VⅭA ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﮐﺮﺩﻩ ﻭ ﺧﻮﺷﻪﻫﺎﯾﯽ ﻣﺘﺸﮑﻞ ﺍﺯ 21 ﺍﻭﺭﺑﯿﺘﺎﻝ ﻭﺍﻧﯿﺮ ﺭﺍ ﺍﻧﺘﺨﺎﺏ ﻣﯽﮐﻨﯿﻢ ﺗﺎ ﺑﺘﻮﺍﻧﯿﻢ ﺑﺮﻫﻤﮑﻨﺶﻫﺎﯼ ﺑﯿﻦ ﺍﻭﺭﺑﯿﺘﺎﻟﯽ ﺩﺭ ﯾﮏ ﺧﻮﺷﻪ ﺭﺍ ﺗﻌﺮﯾﻒ ﻧﻤﺎﯾﯿﻢ. ﺧﻼﺻﻪ ﻧﺘﺎﯾﺠﯽ ﮐﻪ ﺑﻪ ﮐﻤﮏ ﺍﯾﻦ ﻣﺪﻝﺳﺎﺯﯼ ﺑﺪﺳﺖ ﺁﻭﺭﺩﻩﺍﯾﻢ ﺑﺼﻮﺭﺕ ﺯﯾﺮ ﺍﺳﺖ. ﯾﮏ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮ ﻧﻈﻢ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﻏﯿﺮ ﺻﻔﺮ ﺑﺎ ﺗﻘﺎﺭﻥ ±ip p ﺩﺭ ﻣﺤﺪﻭﺩﮤ ﮔﺴﺘﺮﺩﻩﺍﯼ ﺍﺯ ﭼﮕﺎﻟﯽ ﺣﺎﻣﻞﻫﺎ ﺑﺪﺳﺖ ﺁﻣﺪﻩ ﺍﺳﺖ. ﺍﯾﻦ ﻣﺤﺪﻭﺩﻩ ﺍﺯ ﭼﮕﺎﻟﯽ ﮐﻪ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﺩﺭ ﺁﻥ ﺍﺗﻔﺎﻕ ﻣﯽﺍﻓﺘﺪ ﺗﻄﺎﺑﻖ ﻗﺎﺑﻞ ﻗﺒﻮﻟﯽ ﺑﺎ ﻣﺸﺎﻫﺪﺍﺕ ﺗﺠﺮﺑﯽ ﺩﺍﺭﺩ. ﺍﻧﺪﺍﺯﻩ ﮔﯿﺮﯼﻫﺎﯼ ﺗﺠﺮﺑﯽ ﻧﺸﺎﻥ ﻣﯽﺩﻫﻨﺪ ﮐﻪ ﺳﺎﻣﺎﻧﻪ ﺩﺭ ﻣﺤﺪﻭﺩﮤ ﭼﮕﺎﻟﯽﻫﺎﯼ 5٫0 = n ﻭ 5٫1 = n ﺭﻓﺘﺎﺭﯼ ﺷﺒﯿﻪ ﺑﻪ ﻋﺎﯾﻖ ﻣﺎﺕ ﺩﺍﺭﺩ، ﺑﻨﺎﺑﺮﺍﯾﻦ ﺍﻧﺘﻈﺎﺭ ﺩﺍﺭﯾﻢ ﮐﻪ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﺩﺭ ﺍﯾﻦ ﻣﺤﺪﻭﺩﻩﻫﺎ ﺳﺮﮐﻮﺏ ﻭ ﯾﺎ ﺩﺭ ﺑﻬﺘﺮﯾﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﺍﺯ ﺑﯿﻦ ﺑﺮﻭﺩ ﮐﻪ ﺍﯾﻦ ﺍﻧﺘﻈﺎﺭ ﺗﻮﺳﻂ ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺗﯽ ﮐﻪ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﺩﺍﺩﻩﯾﻢ ﺗﺎﯾﯿﺪ ﻣﯽﺷﻮﺩ. ﻋﻼﻭﻩ ﺑﺮ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﺍﺯ ﻧﻮﻉ ip ± p، ﻓﺎﺯ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﺩﯾﮕﺮﯼ ﺍﺯ ﻧﻮﻉ ﺍﺳﭙﯿﻦ ﯾﮏﺗﺎﯾﯽ ﻭ ﺑﺎ ﺗﻘﺎﺭﻥ id ± d ﻧﯿﺰ ﺑﺮﺍﯼ ﺳﺎﻣﺎﻧﻪ ﺑﺪﺳﺖ ﺁﻭﺭﺩﻩﯾﻢ ﮐﻪ ﺍﻧﺪﺍﺯﮤ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮ ﻧﻈﻢ ﺁﻥ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻓﺎﺯ ip ± p ﮐﻮﭼﮑﺘﺮ ﺍﺳﺖ. ﺑﺎ ﻣﺤﺎﺳﺒﮥ ﺗﺎﺑﻊﻧﻤﺎﯼ ﭘﺎﺗﻮﻑ ﺑﺮﺍﯼ ﺩﻭ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﺑﺎ ﺗﻘﺎﺭﻥ ip ± p ﻭ id ± d ﺑﻪ ﺍﯾﻦ ﻧﺘﯿﺠﻪ ﻣﯽﺭﺳﯿﻢ ﮐﻪ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ ﺑﺎ ﺗﻘﺎﺭﻥ ip ± p ﺍﻧﺮﮊﯼ ﺁﺯﺍﺩ ﮐﻮﭼﮑﺘﺮﯼ ﺩﺍﺭﺩ ﻭ ﺩﺭ ﻧﺘﯿﺠﻪ ﻓﺎﺯ ﻏﺎﻟﺐ ﺩﺭ ﺑﯿﻦ ﺍﯾﻦ ﺩﻭ ﻣﻮﺭﺩ ﺍﺳﺖ. ﻋﻼﻭﻩ ﺑﺮ ﻓﺎﺯ ﺍﺑﺮﺭﺳﺎﻧﺎﯾﯽ، ﺑﺮﺭﺳﯽ ﻓﺎﺯ ﻋﺎﯾﻖ ﻫﻤﺒﺴﺘﮥ ﻗﻮﯼ ﮐﻪ ﺩﺭ ﺁﺯﻣﺎﯾﺸﮕﺎﻩ ﻣﺸﺎﻫﺪﻩ ﺷﺪﻩ ﺍﺳﺖ، ﻧﯿﺰ ﺟﺰﻭ ﺍﻫﺪﺍﻑ ﺍﯾﻦ ﭘﺎﯾﺎﻥﻧﺎﻣﻪ ﺑﻮﺩﻩ ﺍﺳﺖ. ﻣﺤﺎﺳﺒﺎﺕ ﻣﺎ ﻭﺟﻮﺩ ﻓﺎﺯ ﻋﺎﯾﻖ ﻫﻤﺒﺴﺘﮥ ﻗﻮﯼ ﺩﺭ ﻣﺤﺪﻭﺩﮤ ﭼﮕﺎﻟﯽﻫﺎﯾﯽ ﮐﻪ ﺩﺭ ﺍﻧﺪﺍﺯﻩ ﮔﯿﺮﯼﻫﺎﯼ ﺗﺠﺮﺑﯽ ﻣﺸﺎﻫﺪﻩ ﺷﺪﻩﺍﻧﺪ ﺭﺍ ﺗﺎﯾﯿﺪ ﻣﯽﮐﻨﺪ. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﺑﺮﺭﺳﯽﻫﺎﯾﯽ ﺑﺮﺍﯼ ﺗﺎﯾﯿﺪ ﯾﺎ ﺭﺩ ﻭﺟﻮﺩ ﻓﺎﺯﻫﺎﯼ ﭘﺎﺩﻓﺮﻭﻣﻐﻨﺎﻃﯿﺲ ﻭ ﺁﺭﺍﯾﺶ ﺑﺎﺭ ﻣﻨﻈﻢ ﺩﺭ ﻣﺤﺪﻭﺩﮤ ﭼﮕﺎﻟﯽﻫﺎﯾﯽ ﮐﻪ ﺳﺎﻣﺎﻧﻪ ﺩﺭ ﻓﺎﺯ ﻋﺎﯾﻖ ﻗﺮﺍﺭ ﺩﺍﺭﺩ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﮔﺮﻓﺖ ﮐﻪ ﻭﺟﻮﺩ ﻫﯿﭻ ﮐﺪﺍﻡ ﺍﺯ ﺍﯾﻦ ﻓﺎﺯﻫﺎﯼ ﻣﻨﻈﻢ ﺗﺎﯾﯿﺪ ﻧﺸﺪ.

210227

ماده چگال

فيزيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

حميده شاكري پور

فرهاد فضيله، اكبر جعفري، مهدي كارگريان

پيمان صاحبسرا