У двошаровому графені з поворотом на «магічний» кут виявили рідкісну лінійну залежність електричного опору від температури поблизу абсолютного нуля. Ця особливість ріднить двошаровий графен з незвичайним класом речовин під назвою дивні метали. До нього, наприклад, належать купрати, серед яких рекордсмени за температурою надпровідності при нормальному тиску, а також рутенати, пніктиди та деякі інші матеріали. Відкриття підтверджує наявність нового фундаментального механізму перенесення заряду і тепла в таких сполуках, пишуть автори в журналі.
Графен - це почесна аллотропна модифікація вуглецю, що представляє собою розташовані у вигляді шестикутників атоми, об'єднані в листи атомної товщини. Графен має безліч незвичайних властивостей, які потенційно застосовні в науці і технологіях. Однак вчені продовжують відкривати нові незвичайні характеристики цього матеріалу.
Одним з важливих відкриттів останніх двох років стало виявлення надпровідності в двошаровому графені. Поворот аркушів на невеликий кут створює періодичну муарову шестикутну надрешітку з набагато більшим періодом, ніж у самого графена. Якщо кут приймає одне з «магічних» значень, найменше з яких близько до 1,1 градуса, то при низьких температурах речовина переходить у надпровідний стан. Детальні дослідження показали, що такий графен за деякими властивостями, зокрема, фазовою діаграмою, схожий на купрати - з'єднання, з відкриттям яких з'явився термін високотемпceна надпровідність.
Пабло Харільо-Ерреро (Pablo Jarillo-Herrero) з Массачусетського технологічного інституту і його колеги з США і Японії виявили ще одну ознаку, яка ріднить повернутий на «магічний» кут двошарових графен з купратами: наявність фази дивного металу з лінійною залежністю опору від температури поблизу абсолютного нуля. Така закономірність не спостерігається у звичайних металів, у яких, як правило, після надпровідної фази відбувається різке зростання опору. Більш того, на даний момент немає повноцінного теоретичного пояснення цьому феномену.
Довгий час електронний транспорт в металах успішно описувався сформульованою в 1900 році теорією Друде, яка пов'язує провідність з щільністю розглянутих як газ електронів, їх масою і середнім часом між розсіюваннями на іонах. З квантовими поправками, що замінили масу реальних частинок на ефективну масу носіїв заряду і зв'язали час між розсіяннями при низьких температурах пропорційністю ∼ T-2, дана модель успішно описувала більшість експериментальних даних аж до 1980-х років.
Відкриття купратів у 1986 році продемонструвало обмеженість теорії, яка не змогла пояснити фазу дивного металу з лінійною залежністю опору від температури. Така поведінка передбачає, що час між розсіюваннями назад пропорційно першому ступеня температури, а не квадрату, як у моделі Друде. Відкриття фази дивного металу у двошарового графена додатково свідчить про необхідність розробки нового теоретичного підходу до явищ перенесення і говорить про можливість існування такої фази в безлічі різних систем.
Якщо обчислити за формулою Друде час між розсіюваннями в дивних металах (що з теоретичної точки зору погано обгрунтовано), то виходить вираз в = Cℏ∕kT, де ℏ - постійна Планка, T - температура, k - постійна Больцмана, а C - числовий коефіцієнт пропорційності. Вважається, що темп розсіянь повинен бути пов'язаний з силою міжелектронних взаємодій (які повністю ігноруються в оригінальній моделі Друде), а вони сильно відрізняються в різних дивних металах.
Однак спостереження демонструють, що коефіцієнт C близький до одиниці у найрізноманітніших дивних металів і, як виявляється, у двошарового графена також: у новій роботі вимірені значення C потрапили в діапазон від 1,1 до 1,6. Ця універсальність наводить теоретиків на думку про наявність нового фундаментального механізму явищ перенесення в дивних металах. Цю ситуацію вчені пов'язують з планківською дисипацією (Planckian dissipation), тобто станом квантової заплутаності багатьох електронів, в якому досягається максимальна дозволена законами фізики швидкість розсіювання енергії.
Двошаровий графен може виявитися зручною системою для продовження експериментів в даній області. Його основна перевага полягає в можливості управління фактором заповнення надрешітки, тобто, фактично, щільністю носіїв заряду, за допомогою програми електричної напруги, в той час як інші дивні метали необхідно виготовляти заново з іншими домішками.
Раніше фізики пояснили «магічну» надпровідність двошарового графена фононами, побачили в ньому ексітони і перетворили на аномальний магніт.