Comportament electronic rafinat niciodată observat până acum în grafen

Cercetătorii de la MIT au descoperit o formație stratificată de grafen cu proprietăți magnetice și electronice interesante, care nu au mai fost văzute până acum în niciun material.

Grafenul este un strat de carbon gros de un atom și are unele proprietăți neobișnuite în sine. Atomii sunt aranjați într-o rețea hexagonală, iar materialul este foarte puternic și poate conduce electricitatea. Cercetătorii au luat grafit, materialul din interiorul unui creion, și au separat cele mai subțiri straturi de acesta. Apoi au aranjat cinci dintre ele într-un model în formă de diamant – ca un bloc înclinat – și le-au măsurat proprietățile.

În primul rând, acest grafen cu 5 straturi a prezentat o proprietate magnetică ciudată – numită stare „multi-feroică” – care este foarte rară. Dacă magnetismul neconvențional nu a fost suficient, avea și un tip unic de comportament electronic pe care echipa l-a numit o vale de fier, care este cauza stării multi-fier.

„Grafenul este un material minunat”, a declarat liderul echipei Long Guo, profesor asistent de fizică la MIT, într-o conferință de presă. afirmație. „Fiecare strat pe care îl adăugați vă oferă un material fundamental nou. Acum este prima dată când vedem valea de fier, magnetismul neconvențional, în cinci straturi de grafen. Dar nu vedem această proprietate în unul, doi, trei , sau patru straturi.”

Aranjarea straturilor și plasarea probei în apropierea zeroului absolut permite să apară interacțiunile dintre electroni. Există interacțiuni cuantice care joacă un rol în crearea comportamentului general al sistemului.

„În cinci straturi, electronii se află într-un mediu de rețea în care se mișcă foarte lent, astfel încât să poată interacționa eficient cu alți electroni”, a adăugat Gu. „Acesta este momentul în care efectele electronice de legare încep să preia controlul și pot începe să se coordoneze în anumite aranjamente de fier preferate.”

Prima proprietate a fierului este că toți electronii își coordonează mișcarea orbitală, similar modului în care electronii dintr-un magnet obișnuit se aliniază de-a lungul spinului lor. A doua proprietate feroasă se învârte în jurul „văilor”, care sunt cele două stări cu cea mai scăzută energie pe care le pot ocupa electronii din grafen. În mod normal, electronii nu fac distincție între unul sau altul. Dar în materialul cu cinci straturi, ei aleg unul mai mult decât celălalt.

Aceste două proprietăți conduc la un multiferomagnetism cuprinzător, astfel încât câmpurile magnetice pot fi aplicate materialului pentru a obține mai multe stări preferate. Acestea pot fi utile în aplicații care au o eficiență mai mare decât materialele și dispozitivele convenționale.

„Având proprietăți multi-fier într-un singur material înseamnă că, dacă poți economisi energie și timp pentru a scrie un hard disk magnetic, poți stoca, de asemenea, de două ori mai multă cantitate de informații în comparație cu dispozitivele tradiționale”, a explicat Gu.

Lucrarea care discută rezultatele este publicată în jurnal natură.