Fysikere udforsker egenskaber af elektroner i grafen

Forskere fra Georgia State University og Georgia Institute of Technology har fundet en ny måde at undersøge visse egenskaber ved elektroner i grafen - et meget tyndt materiale, der kan indeholde nøglen til nye teknologier inden for computere og andre områder.

Ramesh Mani, lektor i fysik ved GSU, arbejder i samarbejde med Walter de Heer, Regents' professor i fysik ved Georgia Tech, målte spinegenskaberne af elektronerne i grafen, et materiale lavet af kulstofatomer, der kun er et atom tykt.

Forskningen blev offentliggjort i denne uge i det online-only-tidsskrift Naturkommunikation .

Elektroner, som følger kredsløb omkring kernen i atomer, har to vigtige egenskaber - ladning og spin.

Den elektriske ladning er grundlaget for de fleste elektroniske enheder, men spin – som Mani og kolleger undersøgte ved hjælp af en ny teknik – danner grundlaget for nye "spintroniske" enheder, og kan tjene som byggesten til nye computere inden for et felt kaldet kvanteberegning, samt andre teknologier.

Grafen menes at være et nøglemateriale til spintroniske enheder, men det er så nyt, at videnskabsmænd skal udføre en masse forskning på det for at forstå dets evne. GSU og Georgia Tech-undersøgelsen driver denne forskning fremad.

"Vi forsøgte at bruge den elektriske modstand til at detektere spinresonans. Når du lyser mikrobølger på enheden, og mikrobølgeenergien er lig med spin-splittende energi, " forklarede Mani.

"Enheden absorberer mikrobølgeenergien, og det ændrer enhedens modstand. Men det er som regel så lille en effekt, at man næsten ikke forventer at se den. Heldigvis, dette materiale gav os mulighed for at se effekten. At måle spinresonans elektrisk er især nyttigt for enheder i nanoskala."

"Ved at foretage en sådan måling, vi kan måle egenskaber som spin-spaltningsenergien, og spin afslapningstiden direkte, " fortsatte han. "Der har været andre målinger, men de har været lidt mere indirekte."

Med fremskridt med at måle egenskaberne af en elektrons spin i grafen, det vil give forskere mulighed for at udføre yderligere undersøgelser af dette nye materiale - hvilket giver forskere måder at optimere grafen til spintroniske applikationer.

Mani bemærkede, at de eksperimenter, der blev udført på GSU, var meget arbejdskrævende. Blot at skabe grafen – hvilket de Heers laboratorium udførte – er meget tidskrævende og kræver enorm erfaring.

Målinger bruger meget sofistikeret udstyr, kræver, at forskerne nedsænker prøver i flydende helium ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt - omkring 460 grader Fahrenheit under nul.

Atlanta er blevet et center for grafenforskning, sagde Mani.

"Sammenløbet af tilgængelig eksperimentel kapacitet i Atlanta, et arnested for grafen videnskab og teknologi, muliggjorde dette vigtige fremskridt inden for spintronikfysikkens verden, " forklarede han.