Экзотические многочастичные фазы подкрученного двуслойного графена и родственных систем

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-22-00464

НазваниеЭкзотические многочастичные фазы подкрученного двуслойного графена и родственных систем

Руководитель Рожков Александр Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной электродинамики Российской академии наук , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-201 - Теория конденсированного состояния

Ключевые слова графен, подкрученный двуслойный графен, сверхпроводимость, волна спиновой плотности, волна зарядовой плотности, магический угол, межэлектронное взаимодействие, двуслойный АА графен, группа симметрий SU(4)

Код ГРНТИ29.19.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Последние несколько лет мы стали свидетелями резкого увеличения числа работ, изучающих подкрученный двуслойный графен. Интерес к этой системе связан с недавним экспериментальным обнаружением многочастичных (как диэлектрических, так и сверхпроводящих) фаз электронной жидкости подкрученного графена при малых углах подкрутки. Многие результаты, полученные в этой области, были опубликованы в ведущих научных журналах, таких как, например, журналы группы Nature. На фоне экспериментальных успехов, развиваются и теоретические подходы для описания обнаруженных фаз. Теоретические конструкции для моделирования подкрученного графена опираются на такие общефизические концепции, как метод сильной связи и многочастичные волновые функции, а также используют особенности геометрии системы (возникновение сверхрешетки и муара). Геометрия сверхрешетки подкрученного графена при малых углах подкрутки во многом определяет необычные электронные свойства. Даже при поверхностной визуальной инспекции такой сверхрешетки видно, что сверхячейка состоит из чередующихся участков с почти идеальной упаковкой типа АА или АВ. В то время как АВ упаковка хорошо исследована, ей посвящены многие сотни работ, свойства АА упаковки рассматривались гораздо реже. Это упущение особенно досадно в связи с той ролью, которую этот вид структуры играет в образцах подкрученного графена. Хорошо известно еще с ранних исследований подкрученного графена, что допированные электроны концентрируются именно в АА областях. Иными словами, адекватное понимание свойств двухслойного АА графена также важно для теоретического описания подкрученного двухслойного графена. Но АА графен может быть интересен и сам по себе, а не только лишь в связи с подкрученной системой. Уже давно было продемонстрировано, что АА графен обладает нестингом поверхности Ферми. А кроме этого, поверхность Ферми АА графена демонстрирует вырождение по долинному квантовому числу. Наличие нестинга поверхности Ферми, да еще и в условиях дополнительного орбитального вырождения, может приводить к появлению целого ряда интереснейших эффектов именно в АА графене. В рамках данного проекта мы планируем провести изучение многочастичных свойств подкрученного двухслойного графена при малых углах подкрутки. Мы планируем модифицировать разработанную нами ранее компьютерную программу, позволяющую рассчитывать электронные свойства подкрученного графена с учетом электрон-электронного взаимодействия и образования параметров порядка различной природы. Модифицированная версия программы будет в состоянии учесть возможность возникновения в сверхячейке волны зарядовой плотности и некомпланарных спиновых текстур. Она будет использована для построения фазовой диаграммы подкрученного графена при разных уровнях допирования. Также мы планируем изучить возможность нефононной сверхпроводимости и типы сверхпроводящих параметров порядка в данном материале. В качестве модели участка сверхячейки с АА упаковкой мы будем исследовать круговую «квантовую точку» АА графена. Полученные таким образом теоретические результаты будут использованы для установления связи между свойствами подкрученного и АА графена. Мы планируем исследовать многочастичные фазы АА графена. Как хорошо известно, вблизи любой точки Дирака у данного материала имеется одна электронная и одна дырочная поверхности Ферми. В такой системе при учете электрон-электронного взаимодействия может возникнуть диэлектрическое состояние. Такое состояние может характеризоваться довольно широким набором параметров порядка. Мы планируем проанализировать такую ситуацию с точки зрения спонтанного нарушения симметрии, описываемого группой SU(4). Также планируется исследовать экзотические свойства состояний, входящих в SU(4)-мультиплет. Мы планируем учесть кулоновское взаимодействие и экранировку для исследования возможного механизма сверхпроводимости в допированном АА графене. Планируется проанализировать допустимые симметрии сверхпроводящего параметра порядка.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Сбойчаков А.О., Кугель К.И., Бьянкони А. Moire-like Superlattice Generated van Hove Singularities in a Strained CuO2 Double Layer Condensed Matter, том 7, 50 (год публикации - 2022)
10.3390/condmat7030050

2. Рахманов А.Л., Рожков А.В., Сбойчаков А.О. Magic radius of an AA-stacked bilayer graphene quantum dot Physical Review B, т. 105, 235415 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevB.105.235415

3. А. О. Сбойчаков, А. В. Рожков, А. Л. Рахманов Распределение заряда и волна спиновой плотности в подкрученном двухслойном графене при магическом угле подкрутки Письма в ЖЭТФ, том 116, вып. 10, с. 708 (год публикации - 2022)

4. Гобелко И.Е., Рожков А.В., Дресвянкин Д.Н. Переход металл-диэлектрик и другие электронные свойства двухслойного АВ-графена на ферромагнитной подложке Письма в ЖЭТФ, том 118, выпуск 9, страница 689 (год публикации - 2023)
10.31857/S1234567823210103

5. Рожков А.В., Сбойчаков А.О., Рахманов А.Л. Ordering in the SU(4)-symmetric model of AA bilayer graphene Physical Review B, том 108, вып. 20, с. 205153 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevB.108.205153

6. Сбойчаков А.О., Рожков А.В., Рахманов А.Л. Triplet superconductivity and spin density wave in biased AB bilayer graphene Physical Review B, том 108, выпуск 18, 184503 (год публикации - 2023)
10.1103/PhysRevB.108.184503

Публикации