近年来，电子工程师一直在试验可用于研究电子相关现象的新材料。范德华 (vdW) 莫尔条纹材料特别适合用于检查这些现象。VdW 材料由牢固结合的二维 (2D) 层组成，这些层通过较弱的色散力在第三维中结合。

另一方面，摩尔纹一词是指将带有间隙的不透明直纹图案放置在类似图案上时产生的特定图案。最近的研究揭示了具有莫尔图案的半导体材料在整数和分数填充因子下的稳健且相关的绝缘状态。

康奈尔大学和日本国家材料科学研究所的研究人员最近开展了一项研究，探索这些强相关态的热力学特性。他们的论文发表在Nature Nanotechnology 上，最终表明电容(即系统存储电荷的能力)可以在探测半导体莫尔材料的相关状态中发挥关键作用。

最近的这项研究部分基于同一团队之前的研究工作，该研究揭示了半导体莫尔材料中存在大量电子晶体。该团队新研究的主要目标之一是通过收集热力学测量值来更好地了解这些电子晶体状态。

“我们的研究还从我们的朋友 Veit Elser 的理论计算中汲取灵感，他是该论文的合著者，”进行这项研究的研究人员之一麦健辉告诉 TechXplore。“Veit 计算了平行板电容器的电容，该电容器将样品作为一个板，将金属栅极作为另一个板。”

通常，平行板电容器的电容(例如 Elser 研究的电容器)仅由其几何形状(例如，两个板之间的距离)定义。然而，令人惊讶的是，他的计算表明，当样品板处于电子晶体的相混合物中时，电容实际上可能是无限的。

“这可能是巨大的，因为它可以显着增强设备存储电荷的能力，”麦说。

为了通过实验测试这个想法，Mak 和他的同事测量了一个并联电容器的电容，该电容器将感兴趣的样本(即莫尔条纹样本)作为一个板，将薄金属片作为第二个板。

“这两个板块被实验可变距离分开，”麦说。“电容与样品的电子可压缩性(热力学量)密切相关，这是衡量电子在外部电场作用下的可压缩性的指标。”

该团队仔细测量了样品中电子在暴露于外部电场时的可压缩性，作为电子密度和温度的函数。这使他们能够使用著名的热力学关系规则，从现有数据中推导出两个额外的热力学测量值(即电子熵和比热容)。

“与几何值相比，我们研究中最重要的成就之一是测量电容的显着增强，”Mak 说。“据我们所知，这可能是迄今为止报道的最大的增强。然而，由于样本紊乱，观察到的增强远非 Veit 原始计算预测的无穷大。人们可以想象在更好的样本中进一步增强电容未来。”

这组研究人员最近收集的研究结果可能对电子设备的发展具有重要意义。事实上，他们的工作表明，半导体莫尔超晶格的电容可以显着增强，这意味着由这些材料制成的器件的电荷存储可以得到改善。

此外，该团队还收集了对半导体莫尔超晶格中电子晶体状态热力学性质的有价值的定量测量。未来，这些测量可能有助于更好地了解这些奇异物质状态的性质。

“热力学测量是物理学中的一项重要技能，因为它有助于理解物质的许多涌现量子态的性质，”麦补充道。“最近在莫尔材料中发现了许多奇异状态(例如，超导性、相关绝缘体、电子晶体、量子反常霍尔效应等)。对这些状态进行热力学研究肯定有助于了解该领域的一些奥秘研究。总的来说，电容测量是一种非常有用的量子问题诊断工具。”