Forskerhold finder måde at simulere grafen Dirac-punkter

(PhysOrg.com) - Mens forskere fortsætter med at studere grafen og dets unikke egenskaber, de befinder sig fikseret på forskellige områder af dens ejendomme. En af disse egenskaber er, at på grund af dens gitterstruktur, grafen er en "nul-gap" halvleder. Dette betyder, at dens lednings- og elektronvalancebånd faktisk rører hinanden på bestemte punkter, hvilket betyder, at der ikke er noget energigab mellem dem, som det er tilfældet med nuværende halvledermaterialer. Og det betyder, at momentum og energiforening meget ligner fotoners, hvilket indebærer, at elektroner kunne bevæge sig med hastigheder, der nærmer sig lysets hastighed. Disse dele af grafens struktur er kendt som Dirac -punkter. Indtil nu dog ingen har været i stand til at se beviser fra den virkelige verden på sådanne punkter, meget mindre manipulere dem.

Nu, Tilman Esslinger og hans medforskere ved Instituttet for Kvanteoptik ved ETH Zürich har fundet en måde at gøre netop det på ved at simulere grafen og dets egenskaber ved hjælp af et laserskabt gitter fyldt med kalium-40 atomer. De rapporterer om deres resultater i journalen Natur .

Eksperimentet startede med at afkøle kalium-40 atomer, efterlade dem sløve, så de ikke ville bevæge sig væk fra gitteret. Deres rolle var at tjene som stand-ins for elektroner, der bevæger sig i grafen. Derefter, at skabe gitteret, holdet affyrede en laser vinkelret på en anden, hvilket fik de to til at forstyrre hinanden. En tredje laserstråle med en lidt anden bølgelængde blev derefter tilføjet for at skabe en stående bølge. I dette scenarie, det kvadratiske gitter, der blev resultatet, kunne justeres ved at justere den tredje stråle. Holdet testede derefter gitteret for Dirac-punkter ved at fremskynde atomerne og måle deres baner og fandt to af dem ved at bemærke, at momentum mellem gittercellerne ikke bremsede, hvilket betyder, at der ikke var noget hul. Endnu bedre, holdet fandt ud af, at ved at justere gitteret kunne de manipulere Dirac-punkterne, flytte dem rundt eller endda få dem til at forsvinde helt.

I en interessant begivenhed, et andet hold, der tager en helt anden tilgang, har også formået at finde en måde at vise eksistensen af ​​Dirac-punkter og også at manipulere dem ved at syntetisere en form for grafne og arrangere den i det velkendte hønsetrådsgitter oven på et ledende substrat og derefter manipulere det med et tunnelmikroskop. De har også offentliggjort deres resultater i Natur .

At finde måder at vise, hvordan Dirac-punkter kan manipuleres, vil hjælpe med at finde måder at bruge grafen på i den virkelige verden, der kan resultere i nye eksotiske materialer med unikke elektroniske egenskaber, fører til slutprodukter, der i nogle tilfælde ikke engang kan forestilles endnu.

© 2011 PhysOrg.com