پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) برای اولین بار در جهان سفتی ابرسیال که نشان‌دهندهٔ راحتی جریان جفت‌های الکترونی در گرافن با زاویه جادویی است را اندازه‌گیری کردند. طبق بیانیه مطبوعاتی، این می‌تواند به باز کردن پتانسیل گرافن به عنوان یک ماده ابررسانا و همچنین به عنوان بلوک ساخت برای کامپیوترهای کوانتومی در آینده کمک کند.
از زمان کشف گرافن، این ماده به سرعت به یک انتخاب اول برای بسیاری از کاربردها تبدیل شده است. ساخته شده از یک ورق گرافیت که ضخامت آن بیش از یک اتم نیست، این ماده به دلیل خصوصیاتش مانند توانایی انتقال حرارت و برق و همچنین مقاومت و دوام بالا مورد ترجیح است.
به تازگی، پژوهشگران دریافته‌اند که وقتی دو ورق گرافن روی یکدیگر با یک زاویه خاص قرار می‌گیرند، ساختاری پیچیده به خود می‌گیرد و خواص اضافی مانند ابررسانایی نیز به دست می‌آورد.
سفتی ابرسیال چیست؟
در این ساختار جدید که به عنوان گرافن دولایه پیچ خورده با زاویه جادویی (MATBG) شناخته می‌شود، جفت‌های الکترونی مانند مواد معمولی روزانه با هم دفع نمی‌شوند. در عوض، یک ابرسیال شکل می‌دهند که به آنها اجازه می‌دهد به راحتی از طریق ماده جریان پیدا کنند.
به راحتی جریان جفت‌های الکترونی بستگی به شرایط مختلفی دارد و توسط جامعه علمی به عنوان سفتی ابرسیال شناخته می‌شود. دانستن سفتی ابرسیال MATBG می‌تواند به دانشمندان کمک کند که بهتر بفهمند چرا این ماده مانند یک ابررسانا رفتار می‌کند.
سفتی ابرسیال اشاره به میزان سادگی حرکت این ذرات برای راندن ابررسانایی دارد، جوئل وانگ، دانشمند پژوهشی در MIT که در این پژوهش شرکت داشته، توضیح داد.
برای اندازه‌گیری سفتی ابرسیال، دانشمندان ماده را در یک تشدیدگر مایکروویو قرار می‌دهند که در آن نوسانات سیگنال الکتریکی در فرکانس‌های مایکروویو اندازه‌گیری می‌شود؛ وقتی ماده ابررسانا در این دستگاه قرار می‌گیرد، فرکانس تشدید را تغییر می‌دهد که به سفتی ابرسیال مرتبط است.
با این حال، دستگاه همیشه برای مواد بزرگ و ضخیم استفاده می‌شود. MATBG در دیگر دست میکروسکوپیک نازک است.
سفتی ابرسیال گرافن دولایه پیچ خورده با زاویه جادویی
وانگ در بیانیه مطبوعاتی توضیح داد که در مقایسه با MATBG، ابررساناهای معمول که از طریق تشدیدگرها آزموده می‌شوند، ۱۰ تا ۱۰۰ برابر ضخیم‌تر و بزرگتر هستند.
برای اندازه‌گیری آن در MATBG، پژوهشگران مجبور بودند آن را به ماده‌ای بسیار ظریف متصل کنند و تماس بدون افتی ایجاد کنند. تیم از کمک MIT’s ویل الیور استفاده کردند که بر روی توسعه مواد دو بعدی ظریف برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی در آینده کار می‌کند.
پژوهشگران از آلومینیوم، ماده‌ای که به طور معمول توسط گروه الیور در آزمایشات کوانتومیشان استفاده می‌شود و ماده‌ای که برای ساخت دستگاه تشدیدگر استفاده شده بود، بهره بردند. آنها سرآلومینیومی به ساختار MATBG متصل کردند و سپس آن را به تشدیدگر وصل کردند.
پس از ارسال سیگنال‌های مایکروویو از طریق تشدیدگر، تیم اندازه‌گیری کندوکتانس کینتیکی ماده را انجام دادند که می‌تواند به دست آوردن مقادیر سفتی ابرسیال تبدیل شود. به طور شگفت‌انگیزی، پژوهشگران دریافتند که این مقدار خیلی بالاتر از پیش‌بینی‌ها بود.
تاناکا میوکو، که پست-دکترای سابق در MIT است، در بیانیه مطبوعاتی اضافه کرد که "ما ده برابر افزایش در سفتی ابرسیال در مقایسه با انتظارات معمول، با وابستگی به دما مشاهده کردیم که با آنچه نظریه هندسه کوانتوم پیش‌بینی می‌کند، سازگار بود."
پژوهشگران این را به هندسه کوانتوم ماده نسبت داده‌اند. یافته‌های آنها راه را برای استفاده از این ماده در ساخت کامپیوترهای کوانتومی در آینده هموار می‌کند.
تکنولوژی کوانتوم پیشرفته‌ای که برای فهم طبیعت ذرات استفاده می‌شود، ممکن است یک روز در آینده نزدیک برای انجام محاسبات پیشرفته استفاده شود.
یافته‌های پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.
