Grafen: Najjače generirano pseudo-magnetsko polje

Ponašanje elektrona kao u magnetskom polju 300 Tesla

Slika grafenske nanoblaze koja se deformira i proširuje u tri smjera u skenirajućem tunelirajućem mikroskopu © LBNL
čitati naglas

Graphen je još jednom pružio iznenađenja: jednostavnim istezanjem i stiskanjem nanoblagova ovog ugljičnog oblika, istraživači su stvorili izuzetno snažna pseudo-magnetska polja. U njima se elektroni ponašaju kao pod utjecajem 300 Tesla - više od najjačih magnetskih polja ikad proizvedenih u laboratoriju. Ova metoda, sada objavljena u Scienceu, otvara sasvim nove mogućnosti za ciljani bihevioralni utjecaj elektrona.

Magnetska polja ne utječu samo na metale, već mijenjaju i ponašanje elektrona. Do sada, međutim, nije bilo moguće proizvesti jača magnetska polja u laboratoriju nego oko 85 Tesla - i to samo za djeliće sekunde. Za usporedbu: Tomografi za magnetsku rezonancu koriste magnetsko polje od oko deset Tesla, Zemljino magnetsko polje izmjereno na visini zemljine površine samo 31 mikrotesla. Ali sada su fizičari na Kalifornijskom sveučilištu u Berkeleyu i Nacionalnom laboratoriju Lawrencea Berkeleyja (LBNL) uspjeli dovesti elektrone u ponašanje u laboratoriju koje se obično događa samo u izuzetno jakim magnetskim poljima.

Elongacijom se stvaraju nano mjehurići

Taj je učinak otkriven slučajno tijekom eksperimenta u kojem je doktorand grafen "narastao" na površini platinastog kristala. Grafen je oblik ugljika u kojem su atomi raspoređeni poput ograde lanca u monotomski sloj u šesterokutnoj formaciji. Kada se uzgajaju na platini, atomi grafena ne leže na svim mjestima na kristalnoj strukturi metala, uzrokujući napetost - slično kao gumena koža napeta preko neravnog predmeta.

Kruženje elektrona s kvantiziranim energijama

Ovi zatezni naponi stvaraju sićušne, trokutaste grafenske mjehuriće veličine od četiri do deset nanometara, u kojima se, kako se ispostavilo, elektroni ponašaju na vrlo neobičan način. Njihove energije ne zauzimaju širok raspon, kao što je uobičajeno s grafenom, već su podijeljene u odvojene, kvantizirane energetske blokove, ponašanje koje je inače uobičajeno samo u izuzetno jakim magnetskim poljima.

Grafenski mjehurići na platinastoj podlozi. Odjeljak: Vrhovi elektronske gustoće na diskretnim razinama energije LBNL

U magnetskim poljima se elektroni obično spiralno kreću oko linija magnetskog polja. U ispruženim nano-mjehurićima grafena, oni su također pokazali karakteristične kružne pokrete, kao da bi magnetsko polje od oko 300 Tesla djelovalo okomito na atomski sloj grafena. Ali nije bilo magnetskog polja naizgled je to pseudomagnetsko polje, efekt koji, za razliku od pravih magnetskih polja, utječe samo na kretanje elektrona, ali ne utječe na druga svojstva čestica, poput spina. prikaz

Nove mogućnosti kontrole elektrona

To nam daje nove načine za kontrolu kretanja elektrona u grafenu kroz istezanje, a samim tim i elektronička svojstva grafena, Michael objašnjava Michael Crommie, profesor fizike na Sveučilištu t Kalifornije u Berkeleyu i istraživači na LBNL-u. Kontroliranjem mjesta na kojem se skupljaju elektroni i kojom energijom možemo učiniti da se oni lakše ili manje lako kreću kroz grafen i u načelu kontroliraju njihova vodljivost, optička i mikrovalna svojstva, Kontrola gibanja elektrona bitan je dio svakog elektroničkog uređaja

Promatranje ovih ogromnih pseudo-magnetskih polja otvara vrata sobnoj temperaturi praintronika ideja da se u grafovima koriste mehaničke deformacije kako bi se utvrdilo njegovo ponašanje za razne elektroničke aplikacije prilagoditi se, "nastavi Crommie. Uz praktične primjene ovog otkrića, istraživači sada žele najprije isprobati kako se ovo neobično svojstvo grafena može upotrijebiti za promatranje ponašanja elektrona pod poljskim jačinama koje nikada nisu proizvedene u laboratorijskim uvjetima mogao. "Kad pojačate magnetsko polje, počinjete vidjeti vrlo zanimljivo ponašanje jer se elektroni tada okreću u sitnim krugovima", objašnjava Crommie. "Ovaj nam učinak daje posve novu priliku za pokretanje ovakvog ponašanja, čak i bez istinskog magnetskog polja."

Učinak već teoretski predviđen

Zanimljivo je da su istraživači iz Španjolske, Nizozemske i Velike Britanije već predvidjeli upravo taj učinak od njih „pseudo-kvantni Hall-ov efekt“ - već teoretski predviđen. Teoretičari često iznose ideje i teoretski ih istražuju prije nego što se eksperimenti izvode, a ponekad dolaze do predviđanja koja u početku djeluju pomalo ludo “, kaže Crommie. "Uzbudljivo je to što sada imamo podatke koji pokazuju da te ideje nisu tako lude."

(LBL, 02.08.2010. - NPO)