Fermi enerjisinde durum yoğunluğu ile taşıyıcı yoğunluğu n ve katmanlar arası potansiyel U arasındaki ilişki, sıkı bağlaşım hesaplamasından elde edilmiştir. İğne biçimli pembe bölge, Fermi enerjisinin iletim ve değerlik bantlarıyla eşzamanlı kesişimini göstermektedir. Yerleşik görünüm: aktif altızlakların mavi ve kırmızıyla işaretlendiği rhombohedral altı katmanlı yapının şematik gösterimi. b–d, a’da işaretlenen üç farklı U değeri için K noktası yakınlarındaki bant yapısı; çizgi renkleri katman polarizasyonunu belirtir. e, taşıyıcı yoğunluğu n ve dik elektrik alan E (yukarı yönlü) karşısında boyınsal direnç. Başlıca özellikler kesikli çizgilerle belirtilmiştir; BI ve CI sırasıyla bant ve korelasyonlı yalıtkanları ifade eder. Simgeler seçili kuantum fazlarının konumlarını işaretler. Kaynak: Deng ve ark. (Nature Physics, 2026).
Karbon atomlarının petek örgüsü biçiminde dizildiği bir karbon tabakasından oluşan grafen, çeşitli teknolojik uygulamalar için umut verici bir malzeme olarak öne çıkmıştır. Üst üste dizilen birkaç grafen katmanından oluşan malzemeler farklı avantajlı özellikler sergileyebilir.
Amerika Birleşik Devletleri’nde Cornell Üniversitesi, Japonya’da Malzeme Bilimi Ulusal Enstitüsü ve Almanya’da Madde Yapısı ve Dinamiği Max Planck Enstitüsü araştırmacıları, tekrarlayan bir örüntüde yana kaydırılmış altı grafen katmanından oluşan rhombohedral altı katmanlı grafenin özelliklerini inceledi.
Nature Physics‘de yayımlanan makale, bu malzemenin farklı koşullardaki çeşitli kuantum durumlarını raporluyor.
“Keşfimiz biraz beklenmedikti,” makalenin kıdemli yazarı Xiaomeng Liu, Phys.org’a şunları söyledi. “Aslında örüntülü rhombohedral grafeni çalışmaya çıktık, izole edilmiş topolojik bantlar yaratmayı umuyorduk. Ancak, iki üç katmanlı grafen levha üst üste dizilerek üretilen bir aygıtta katmanlar hizalanarak rahatladı ve rhombohedral altı katmanlı grafen oluşturdu.”
Araştırmacıların rombohedral altı katmanlı grafende gerçekleştirdikleri ilk ölçümler, beş katmanlı grafene odaklanan önceki çalışmalarında raporlanmayan bir davranışı işaret etti. Bu da onları malzemenin faz diyagramını araştırmaya yönlendirdi; faz diyagramı, bir malzemenin farklı koşullar altında geçtiği durumları betimleyen bir grafiktir.
“Özellikle elektronlarla deliklerin birlikte var olduğu ve etkileştiği güçlü ilişkili yarımetalik rejim ilgimizi çekti,” dedi Liu.
Altı katmanlı grafende örtüşen elektronik bantlar araştırılıyor
Liu ve arkadaşları önce, altı katmanlı grafeni rombohedral bir düzen izleyecek şekilde üst üste dizilmiş bir malzeme hazırladı. Bu, grafitten ince pullar ayırarak ve sonra izole edilmiş pullar arasında bu spesifik dizilim düzenini bularak gerçekleştirildi.
Altı katmanlı grafen yığını, altıgen boron nitridinden izole edici katmanların arasına yerleştirildi; üstten ve alttan grafen tabanlı kaplamalar (gate) ile çevrildi. Araştırmacılar ardından çeşitli ölçümler topladı.
Öncelikle, altı katmanlı grafen tabanlı cihazlarından geçen elektriğin ne kadar kolay aktığını; sıcaklık, üzerine uygulanan manyetik alan ve içerideki yük taşıyıcı sayısı değiştirilirken ölçtüler. Ayrıca, katmanların bir yanından diğerine değişen yoğunlukta bir elektrik alanı yönlendirirken elektriğin akışını da ölçtüler.
“Sıfırlanan elektriksel direnç süperiletkenliği ortaya koyarken, anormal Hall tepkisi, elektronların yörünge hareketinden kaynaklanan yörünge manyetizmine dair kanıt sağladı,” açıkladı Liu. “Aynı zamanda kuantum salınımlarını da ölçtüler; bunlar, manyetik alandaki direnç değişimleri olup Fermi yüzeyini yeniden inşa etmemizi ve mevcut yük taşıyıcılarının türlerini belirlememizi sağlar.”
Beliren Fermi yüzeyi ve süperiletkenlik. Kaynak: Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03443-9
Ekip, sonuç olarak altı katmanlı grafen cihazlarında etkileşim kaynaklı yalıtım durumları, süperiletken davranış gösteren faz diyagramı bölgeleri ve iki farklı türde yörünge manyetizmi dahil olmak üzere çeşitli elektronik durumları belirledi. Gözledikleri süperiletken benzeri iki durum, elektron ve delik taşıyıcıların birlikte var olduğu koşullar altında ortaya çıktı; bu da her iki taşıyıcı türünün oluşumuna katkıda bulunabileceğini işaret ediyor.
“Ana bulgumuz, rombohedral altı katmanlı grafende yeni bir süperiletken durumun ve yeni bir çoklu-dielektrik yörünge manyetinin keşfi,” dedi Liu. “İkisi de elektron ve deliklerin birlikte var olduğu ve etkileştiği güçlü ilişkili yarı-metalik rejimde ortaya çıkıyor. Sonuçlarımız, bu iki taşıyıcı türü arasındaki etkileşimlerin bu olağandışı durumların oluşumunda merkez bir rol oynadığını gösteriyor.”
Elektrikle kontrol edilen kuantum malzemelerine giden yol
Bu çalışma, altı katmanlı grafenin elektron etkileşimleri tarafından yönlendirilen süperiletkenlik ve manyetik davranışın ortaya çıkışını çalışmak için potansiyelini öne çıkarıyor. Diğer araştırma ekipleri, ekibin bulgularından ilham alabilir ve rombohedral altı katmanlı grafenin faz diyagramını daha derinlemesine araştırmaya koyulabilir.
Liu ve meslektaşları şimdi cihazlarında gözledikleri çoklu-dielektrik yörünge manyetik durumunu daha ileri düzeyde inceliyor. Spesifik olarak, elektronların ve etkileşimlerinin bu durumun mikroskobik ölçekte ortaya çıkışına nasıl katkıda bulunduğunu anlamaya çalışıyorlar.
“Süregelen çalışmalarımız, bazı taşıyıcıların bir kristal elektron oluştururken diğerlerinin iletken, sıvı benzeri bir durumda kalma olasılığını gündeme getiriyor,” dedi Liu ekleyerek. “Bu kristalın yörünge manyetizmi üretip üretmediğini ve topolojik bir elektron katısı gerçekleştirebileceğini belirlemek için daha kanıt topluyoruz. Bunlar, mevcut makalede yerleşik bulunan bulgulardan öteye uzanan açık sorular.”
Sizin için yazarımız Ingrid Fadelli tarafından yazılan, Sadie Harley tarafından düzenlenen ve Robert Egan tarafından doğrulayıp incelediği bu makale, özenli insan emeğinin bir sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğinin canlı kalabilmesi için sizin gibi okuyucularımıza dayanıyoruz.
Bu haberlerin sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık bağış) düşünün. Teşekkürümüz olarak adsız bir hesap edineceksiniz.
Jinghao Deng ve ark., Superconductivity and ferroelectric orbital magnetism in semimetallic rhombohedral hexalayer graphene, Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03443-9.
Dergi bilgisi:
Nature Physics
Manyetizma
İletkenlik
Güçlü ilişkili sistemler
Kuantum salınım teknikleri
Bu haberin ardındaki isimler kim?
BSc Psikoloji ve MA Uluslararası Gazetecilik dereceliine sahip serbest gazeteci. 2018’den beri yapay zekâ, robotik, nörobilim ve astrofizik konularını kapsıyor.
Tam profil →
BSc Yaşam Bilimleri & Ekoloji. Petrol, gaz ve yenilenebilir enerji sektörlerinde ilaç haberleri deneyimine sahip mikrobiyoloji laboratuvarı geçmişi.
Tam profil →
Matematiksel biyomide lisans, yaratıcı yazıma yüksek lisans. Bilim ve dil hakkında benzersiz bakış açılarına sahip, geniş çapta seyahat etmiş.
Tam profil →
© 2026 Science X Network
Alıntı
: Unusual quantum states in six-layer graphene offer clues to superconductivity (2026, October 30) retrieved 30 October 2026 from https://phys.org/news/2026-10-unusual-quantum-states-layer-graphene.html
This document is subject to copyright. Apart from any fair dealing for the purpose of private study or research, no
part may be reproduced without the written permission. The content is provided for information purposes only.
Bu gelişme hakkında düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi veya sorularınızı Topluluk Forumumuzda paylaşın.
Foruma Katıl & Yanıtla ➔
İlk yorumu siz yazın
Fikrinizi bir kaynak, soru veya yapıcı karşı görüşle geliştirin.