Forskere opdager magnetisk nyt grafen

(PhysOrg.com) - University of Maryland forskere har opdaget en måde at kontrollere magnetiske egenskaber af grafen, der kan føre til kraftfulde nye applikationer inden for magnetisk lagring og magnetisk random access memory.

Fundet af et team af Maryland -forskere, ledet af fysikprofessor Michael S. Fuhrer fra UMD Center for Nanofysik og avancerede materialer er den seneste af mange fantastiske egenskaber opdaget for grafen.

Et bikageark med carbonatomer, der kun er et atom tykt, grafen er den grundlæggende bestanddel af grafit. Cirka 200 gange stærkere end stål, den leder elektricitet ved stuetemperatur bedre end noget andet kendt materiale (en opdagelse fra Fuhrer fra 2008, et. al). Graphen ses bredt som fantastisk, måske endda revolutionerende, potentiale for nanoteknologiske applikationer. Nobelprisen i fysik i 2010 blev tildelt forskerne Konstantin Novoselov og Andre Geim for deres opdagelse i 2004 af, hvordan man laver grafen.

I deres nye grafenfund, Fuhrer og hans kolleger ved University of Maryland har fundet ud af, at manglende atomer i grafen, kaldet ledige stillinger, fungere som små magneter - de har et "magnetisk moment". I øvrigt, disse magnetiske øjeblikke interagerer stærkt med elektronerne i grafen, der bærer elektriske strømme, giver anledning til en betydelig ekstra elektrisk modstand ved lav temperatur, kendt som Kondo -effekten. Resultaterne fremgår af papiret "Tunable Kondo -effekt i grafen med defekter", der blev offentliggjort denne måned i Naturfysik .

Kondo -effekten er typisk forbundet med tilføjelse af små mængder magnetiske metalatomer, såsom jern eller nikkel, til et ikke-magnetisk metal, såsom guld eller kobber. At finde Kondo -effekten i grafen med ledige stillinger var overraskende af to grunde, ifølge Fuhrer.

"Først, vi studerede et system af intet andet end kulstof, uden at tilføje traditionelt magnetiske urenheder. Sekund, grafen har en meget lille elektrontæthed, som forventes at få Kondo -effekten kun til at optræde ved ekstremt lave temperaturer, " han sagde.

Holdet målte den karakteristiske temperatur for Kondo -effekten i grafen med ledige stillinger til så højt som 90 Kelvin, hvilket er sammenligneligt med det, der ses i metaller med meget høje elektrontætheder. Desuden kan Kondo -temperaturen indstilles ved spændingen på en elektrisk port, en effekt, der ikke ses i metaller. De teoretiserer, at de samme usædvanlige egenskaber ved det resulterer i, at grafens elektroner virker, som om de ikke har nogen masse, også får dem til at interagere meget stærkt med visse former for urenheder, såsom ledige stillinger, hvilket fører til en stærk Kondo -effekt ved en relativt høj temperatur.

Fuhrer mener, at hvis ledige stillinger i grafen kunne arrangeres på den helt rigtige måde, ferromagnetisme kan resultere. "Individuelle magnetiske øjeblikke kan kobles sammen gennem Kondo -effekten, tvinger dem alle til at stille sig i samme retning, " han sagde.

"Resultatet ville være en ferromagnet, som jern, men i stedet kun lavet af kulstof. Magnetisme i grafen kan føre til nye typer nanoskala sensorer af magnetiske felter. Og, når det kombineres med grafens enorme elektriske egenskaber, magnetisme i grafen kan også have interessante anvendelser inden for spintronics, som bruger elektronens magnetiske moment, i stedet for dens elektriske ladning, at repræsentere oplysningerne i en computer.

"Dette åbner muligheden for 'defekt teknik' i grafen - plukning af atomer de rigtige steder for at designe de magnetiske egenskaber, du ønsker, sagde Fuhrer.