一般来说,电子在更高温度下能更自由移动,但现在有2篇独立研究各自观察到,在以错位方式堆栈的双层石墨烯材料中,电子反而随着温度升高而“冻结”。
随着大多数物质周围温度升高,粒子会被激发,这导致固体熔化成液体、液体蒸发成气体,用热力学来解释就是更高的温度导致更多的熵(entropy),而熵越高的系统越趋于混乱无序。
然而该规则也有例外,最明显的例子就是Pomeranchuk效应,最初于液态氦-3(3He)中观察到:当氦气暴露于升高的温度时反而会冻结。原因在于液态氦的固相熵比核自旋熵还要高,从而导致异常行为。
大多数材料在加热时会从固体转变为液体,这是因为液体具有比固体更大的熵,原子在液体中的移动比在固体中不稳定。然而在氦-3,材料的行为完全相反,固体状态时反而具有更大的熵。
现在,科学家又在一个石墨烯系统发现了同样的例外,电子在系统中反而随着温度升高而“冻结”成有序状态。
石墨烯系统的构成通常很简单,两个独立团队都只是简单地将一层石墨烯放在另一层石墨烯上,然后以特殊1度“魔角”稍稍使原子排列错位,产生的莫尔纹会导致系统中电子速度降低,从而形成更大电阻,使系统接近绝缘体。
第一个研究团队深入分析后发现该系统近绝缘体阶段的熵,仅约自由电子自旋理论上预期值的一半;第二个研究团队则发现这种绝缘材料中存在很大的磁矩。这些发现将为相关电子系统的物理学带来新见解,甚至可能有助于解释这种波动的自旋如何影响超导性。
团队接下来需要进行进一步测量,以确定将电子同位旋从未极化转换为极化所需的能量,并确定近绝缘相的电子同位旋波动,是增强还是损害了石墨烯系统的超导体相。