Укладка и скручивание графена открывает редкую форму магнетизма

С момента открытия графена более 15 лет назад исследователи участвовали в глобальной гонке за раскрытием его уникальных свойств.

Графен - лист углерода толщиной в один атом, образующий гексагональную решетку - не только самый прочный и тонкий материал, известный человеку, но и отличный проводник тепла и электричества.

Графен снова удивляет своими свойствами

Теперь группа исследователей из Колумбийского и Вашингтонского университетов обнаружила, что в трехслойной структуре графена могут возникать различные экзотические электронные состояния, включая редкую форму магнетизма.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Результаты представлены в статье, опубликованной 12 октября в журнале Nature Physics.

Работа была вдохновлена ​​недавними исследованиями скрученных монослоев или скрученных бислоев графена, состоящих из двух или четырех полных листов. Было обнаружено, что эти материалы содержат множество необычных электронных состояний, вызванных сильным взаимодействием между электронами.

«Мы задавались вопросом, что произойдет, если мы объединим монослои и бислои графена в изогнутую трехслойную систему», - сказал Кори Дин, профессор физики Колумбийского университета и один из старших авторов статьи. «Мы обнаружили, что изменение количества слоев графена наделяет эти композитные материалы некоторыми захватывающими новыми свойствами, которые ранее не наблюдались».

Помимо декана, старшими авторами работы являются доцент Мэтью Янковиц и профессор Сяодун Сюй с факультетов физики, материаловедения и инженерии Вашингтонского университета. Аспирант Колумбийского университета Шауэн Чен и аспирант Вашингтонского университета Минхао Хэ являются соавторами статьи.

Для проведения эксперимента исследователи сложили однослойный лист графена на двухслойный лист и скрутили их примерно на 1 градус. При температурах на несколько градусов выше абсолютного нуля команда наблюдала набор 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 Янковиц, который также является бывшим докторантом в группе Дина.

Когда исследователи направили электрическое поле на лист однослойного графена, система напоминала скрученный двухслойный графен. Но когда они изменили направление электрического поля и направили его в сторону двухслойного графенового листа, он имитировал скрученный двухслойный двухслойный графен - четырехслойную структуру.

Команда также обнаружила новые магнитные состояния в системе. В отличие от обычных магнитов, которые управляются квантово-механическим свойством электронов, называемым «спином», коллективное вращательное движение электронов в трехслойной структуре команды лежит в основе магнетизма, как они наблюдали.

Эта форма магнетизма была недавно открыта другими исследователями в различных структурах графена, покоящихся на кристаллах нитрида бора. Команда теперь продемонстрировала, что это также можно наблюдать в более простой системе, полностью построенной из графена.

«Чистый углерод не магнитен», - сказал Янковиц. «Примечательно, что мы можем спроектировать это свойство, расположив наши три графеновых листа под правильным углом скручивания».

Помимо магнетизма, исследование выявило признаки топологии конструкции. Подобно связыванию различных типов узлов на веревке, топологические свойства материала могут привести к новым формам хранения информации, которые «могут быть платформой для квантовых вычислений или новых типов энергоэффективных приложений для хранения данных», - сказал Сюй.

На данный момент они работают над экспериментами, чтобы лучше понять фундаментальные свойства новых состояний, которые они обнаружили на этой платформе. «Это действительно только начало», - сказал Янковиц. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet