近年來，電子工程師一直在試驗可用于研究電子相關現象的新材料。范德瓦爾斯 (vdW) 莫爾材料特別有希望用于檢查這些現象。VdW 材料由牢固結合的二維 (2D) 層組成，這些層通過較弱的色散力結合在第三維中。

另一方面，摩爾紋一詞是指將帶有間隙的不透明直紋圖案放置在類似圖案上時產生的特定圖案。最近的研究揭示了具有莫爾圖案的半導體材料在整數和分數填充因子下的穩(wěn)健且相關的絕緣狀態(tài)。

康奈爾大學和國家材料科學研究所的研究人員最近開展了一項研究，探索這些強相關態(tài)的熱力學特性。他們的論文發(fā)表在Nature Nanotechnology 上，最終表明電容(即系統(tǒng)存儲電荷的能力)可以在探測半導體莫爾材料的相關狀態(tài)中發(fā)揮關鍵作用。

最近的這項研究部分基于同一團隊之前的研究工作，該研究揭示了半導體莫爾材料中存在大量電子晶體。該團隊新研究的主要目標之一是通過收集熱力學測量值來更好地了解這些電子晶體狀態(tài)。

“我們的研究還從我們的朋友 Veit Elser 的理論計算中汲取靈感，他是該論文的合著者，”進行這項研究的研究人員之一麥健輝告訴 TechXplore。“Veit 計算了平行板電容器的電容，該電容器將樣品作為一個板，將金屬柵極作為另一個板。”

通常，平行板電容器的電容(例如 Elser 研究的電容器)僅由其幾何形狀(例如，兩個板之間的距離)定義。然而，令人驚訝的是，他的計算表明，當樣品板處于電子晶體的相混合物中時，電容實際上可能是無限的。

“這可能是巨大的，因為它可以顯著增強設備存儲電荷的能力，”麥說。

為了通過實驗測試這個想法，Mak 和他的同事測量了一個并聯電容器的電容，該電容器將感興趣的樣本(即莫爾條紋樣本)作為一個板，將薄金屬片作為第二個板。

“這兩個板塊被實驗可變距離分開，”麥說。“電容與樣品的電子可壓縮性(熱力學量)密切相關，這是衡量電子在外部電場作用下的可壓縮性的指標。”

該團隊仔細測量了樣品中電子在暴露于外部電場時的可壓縮性，作為電子密度和溫度的函數。這使他們能夠使用著名的熱力學關系規(guī)則，從現有數據中推導出兩個額外的熱力學測量值(即電子熵和比熱容)。

“與幾何值相比，我們研究中最重要的成就之一是測量電容的顯著增強，”Mak 說。“據我們所知，這可能是迄今為止報道的最大的增強。然而，由于樣本紊亂，觀察到的增強遠非 Veit 原始計算預測的無窮大。人們可以想象在更好的樣本中進一步增強電容未來。”

這組研究人員最近收集的研究結果可能對電子設備的發(fā)展具有重要意義。事實上，他們的工作表明，半導體莫爾超晶格的電容可以顯著增強，這意味著由這些材料制成的器件的電荷存儲可以得到改善。

此外，該團隊還收集了對半導體莫爾超晶格中電子晶體狀態(tài)熱力學性質的有價值的定量測量。未來，這些測量可能有助于更好地了解這些奇異物質狀態(tài)的性質。

“熱力學測量是物理學中的一項重要技能，因為它有助于理解物質的許多涌現量子態(tài)的性質，”麥補充道。“最近在莫爾材料中發(fā)現了許多奇異的狀態(tài)(例如，超導性、相關絕緣體、電子晶體、量子反常霍爾效應等)。對這些狀態(tài)進行熱力學研究肯定有助于了解該領域的一些奧秘研究?？偟膩碚f，電容測量是一種非常有用的量子問題診斷工具。”

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