С момента как был открыт графен прошло более 15 лет. С тех пор исследователи продолжают участвовать в глобальной гонке за раскрытие его уникальных свойств. Графен – это лист углерода толщиной в один атом, образующий гексагональную решетку. Это не только самый прочный и тонкий материал, известный человеку, но и отличный проводник тепла и электричества.
Группа исследователей из Колумбийского и Вашингтонского университетов обнаружила, что в трехслойной структуре графена могут возникать различные экзотические электронные состояния, включая редкую форму магнетизма.
Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Physics от 12 октября.
Работа была вдохновлена недавними исследованиями скрученных однослойного или двухслойного графена, состоящего из двух или четырех листов. Было обнаружено, что эти материалы содержат множество необычных электронных состояний, вызванных сильным взаимодействием между электронами.
Ученые задались вопросом, что произойдет, если мы объединим однослойный и двухслойный графена в трехслойную систему? Было обнаружено, что изменение количества слоев графена наделяет эти композитные материалы некоторыми впечатляющими новыми свойствами, которые ранее не наблюдались.
Для проведения эксперимента исследователи сложили однослойный лист графена в два слоя и скрутили их примерно на 1 градус. При температурах на несколько градусов выше абсолютного нуля исследователи наблюдали несколько изолирующих состояний, которые не проводят электричество, вызванных сильными взаимодействиями между электронами. Они также обнаружили, что этими состояниями можно управлять, прикладывая электрическое поле к листам графена.
«Мы узнали, что направление приложенного электрического поля имеет большое значение», - сказал профессор Янковиц из Университета Вашингтона.
Когда исследователи направили электрическое поле на однослойный лист графена, система имела свойства сдвинутого двухслойного графена. Но когда они изменили направление электрического поля и направили его в сторону двухслойного листа графен, он имитировал скрученный двойной двухслойный графен, или другими словами четырехслойную структуру.
Команда также обнаружила новые магнитные состояния. В отличие от обычных магнитов, которые приводятся в действие квантово-механическим свойством электронов, называемым «спином», коллективное вращательное движение электронов в трехслойной структуре лежит в основе магнетизма, который они наблюдали.
Эта форма магнетизма была недавно открыта другими исследователями, при исследовании нитрида бора. Сейчас же было продемонстрировано, что это свойство можно также наблюдать в более простой системе, полностью построенной из графена.
«Чистый углерод не магнитен», - сказал Янковиц. «Примечательно, что мы можем спроектировать это свойство, расположив три листа графена под правильным углом скручивания».
Помимо магнетизма, исследование выявило новые топологические свойства материала могут привести к новым формам хранения информации. Это может стать платформой для квантовых вычислений или новых типов энергоэффективных приложений устройств для хранения данных.
На данный момент исследователи работают над экспериментами, чтобы лучше понять фундаментальные свойства новых состояний, которые они обнаружили.
Если понравилась статься, подпишись на наш канал и социальные сети. Ставь палец вверх - нам будет приятно, да и вам плюсик к карме :)
Возможно вам будет также интересно:
