GÓC MAGIC VÀ CÁC TRẠNG THÁI LƯỢNG TỬ TOPO

  

Bottom of Form

GRAPHENE VỚI GÓC “MA THUẬT” (MAGIC) VÀ SỰ TẠO NÊN CÁC TRẠNG THÁI LƯỢNG TỬ TOPO

22B

Các nhà vật lý đã phát hiện dưới những điều kiện nhất định các electron tương tác có thể tạo nên những trạng thái gọi là “ trạng thái lượng tử topo “. Phát hiện này được công bố trên tc Nature, phát hiện này có thể dẫn đến tiềm năng cách mạng cho kỹ thuật điện, khoa học vật liệu , và đặc biệt khoa học máy tính [1]. 

Các nghiên cứu này kết hợp vật lý lượng tử và topo .Các trạng thái topo được phát hiện bởi các nhà vật lý Nobel Haldane,Joné,Thouless và Kosterlitz.

                                  Image courtesy of Kevin Nuckolls

Tại Princeton các nhà vật lý đã phát hiện dưới những điều kiện nhất định các electron tương tác có thể tạo nên những trạng thái gọi là “trạng thái lượng tử topo”. Để có điều đó họ sử dụng 2 lớp grapheme đặt chồng lên nhau song quay lệch nhau một góc “magic-ma thuật “ là 1,1 độ . Điều này làm xuất hiện một bức tranh óng ánh (moiré). Họ dụng máy  STM (scanning tunneling microscope) để ghi đo lớp đôi grapheme đã được quay một góc ma thuật ( magic-angle twisted bilayer grapheme ).

Những tính chất đặc biệt của grapheme được phát hiện 2 năm về trước bởi Pablo Jarillo-Herrero và được sử dụng để nghiên cứu siêu dẫn (superconductivity). 

Sử dụng magic-angle twisted bilayer graphene,Yazdani và đồng nghiệp phát hiện electron tương tác có thể dẫn đến những pha topo vật chất đáng ngạc nhiên .

Các nhà nghiên  cứu Princeton đã đặt hai lớp grapheme với lớp trên được quay một góc .Điều này làm phát sinh một bức tranh óng ánh (moiré ). Điều quan trong là góc quay phải là  1,1 độ ,một góc ma thuật (MAGIC ANGLE), góc này tạo nên các hệ quả lượng tử .Nếu ví dụ quay một góc là 1,2 độ thì chúng ta không có một hệ quả nào cả.

Magic-angle graphene đã thay đổi chuyển động của electron trên lớp graphene.Các electron tương tác với nhau rất mạnh dẫn đến những điều mới lạ .

Đó là tạo nên những trạng thái topo tự phát không ngờ đến .

Tương tác giữa các electron tạo nên những topo insulator.Trên hình vẽ là các trạng thái insulator của magic-angle graphene đặc trưng bởi số Chern giữa các  pha topo khác nhau.

Image courtesy of Kevin Nuckolls

Người ta tìm thấy tương tác electrons tạo nên những insulators topo (cách điện topo tức những cách điện bên trong và dẫn điện bên ngoài )

Phát hiện này quan trọng vì sự xuất hiện của TƯƠNG TÁC VÀ TOPO dẫn đến những trạng thái cách điện topo đo được bằng thực nghiệm .

Phát hiện này quan trọng đối với khoa học máy tính : sử dụng những trạng thái topo đó để xây dựng những loại bit lượng tử tốt hơn.Những nghiên cứu này có thể dẫn đến khoa học mới và nâng cao tiềm năng công nghệ thông tin lượng tử .

Yazdani và đồng nghiệp tiếp tục tìm hiểu tương tác electron đã tạo nên các trạng thái topo khác nhau như thế nào .

 

Yazdani đã phát biểu rằng sự tương tác giữa topo và siêu dẫn là kỳ diệu và cần tìm hiểu thêm .

Ngoài Yazdani các cộng tác viên đồng nghiên cứu vấn đề này là Nuckolls, Bernevig  Lian, Myungchul Oh , Dillon Wong, Kenji Watanabe và Takashi Taniguchi  [2].

KẾT LUẬN

Nghiên cứu của các tác giả [2] kết hợp tương tác của các electron với siêu dẫn, topo. Sử dụng vật liệu “lớp  đôi grapheme có quay một góc ma thuật ( magic-angle twisted bilayer graphene bằng đúng 1,1 độ các tác giả thu được những trạng thái topo tự phát ứng với những số Chern nhất định.Phát hiện này dẫn đến tiềm năng lớn cho khoa học vật liệu , khoa học máy  tính và khoa học thông tin lượng tử .

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tom Garlinghouse ‘Magic’ angle graphene and the creation of unexpected topological quantum states

 [2]  “Strongly Correlated Chern Insulators in Magic-Angle Twisted Bilayer Graphene,” by Kevin P. Nuckolls, Myungchul Oh, Dillon Wong, Biao Lian, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, B. Andrei Bernevig and Ali Yazdani, was published Dec. 14 in the journal Nature (DOI: 10.1038/s41586-020-3028-8).