Nyt syn på elektroninteraktioner i grafen

Elektroner i grafen - en atomtynd, fleksibelt og utroligt stærkt stof, der har fanget fantasien hos både materialeforskere og fysikere - bevæger sig med lysets hastighed, og opfører sig som om de ikke har nogen masse. Nu, forskere ved Washington University i St. Louis har demonstreret, hvordan man ser interaktioner mellem mange partikler i grafen ved hjælp af infrarødt lys. Forskningen vil blive præsenteret på American Physical Society -mødet i denne uge i Los Angeles.

Dybt i underkælderen under Washington Universitys historiske Crow Hall, et forskerhold ledet af Erik Henriksen, adjunkt i fysik i kunst og videnskab, udfører sit arbejde i et specialbygget fartøj afkølet til et par grader over absolut nul. De bruger en lille skive af grafen klemt mellem to bor-nitridkrystaller og placeret oven på en siliciumskive; cirka 16 mikron lang, hele stakken materiale er mindre end en sjettedel på størrelse med et menneskehår.

"Her har vi konstrueret et system, der snævert fokuserer infrarødt lys ned til prøven, som er inde i en stor magnet og ved meget lav temperatur, "Sagde Henriksen." Det giver os mulighed for bogstaveligt talt at lyse en lommelygte på det, og udforske dens elektroniske egenskaber ved at se, hvilke lysfarver der absorberes. "

Graphene har skabt stor spænding i det materialevidenskabelige forskningssamfund på grund af dets potentielle anvendelser i batterier, solenergiceller, berøringsskærme og mere. Men fysikere er mere interesserede i grafen på grund af dets usædvanlige elektronstruktur, hvorunder dets elektroner opfører sig som relativistiske partikler.

Under normale forhold, elektroner afviser altid hinanden gensidigt. Henriksen og hans team undersøger, hvordan denne adfærd ændres, når elektronerne tilsyneladende ikke har nogen masse.

Ved at indsamle samtidige målinger af optiske og elektroniske egenskaber i nærvær af et højt magnetfelt, forskerne var i stand til at spore bevægelsen af ​​ladede partikler mellem baner med diskrete energiværdier, kaldet Landau -niveauer. Et mønster begyndte at dukke op.

"Et stærkt magnetfelt giver en slags lim til deres bevægelse - det bremser dem på nogle måder, ”Sagde Henriksen.” Man skulle tro, at det ville være et meget svært system at se på. Men nogle gange, på meget specifikke områder af magnetfeltstyrken og interaktionsstyrken, du finder det, lige pludselig, systemet forenkler enormt. "

"Du ville forvente en flad linje, i det væsentlige, i mangel af disse interessante interaktioner, som vi leder efter, "sagde Jordan Russell, en ph.d.-kandidat i fysik og medforfatter til et nyt papir om grafen. "Denne ikke-monotoniske adfærd er en underskrift for de interaktioner, vi ledte efter."

March Meeting of the American Physical Society forventes at samle næsten 10, 000 fysikere af kondenseret materiale. Andet nyere arbejde fra Henriksens laboratorium vil også blive fremvist på dette forum, herunder en nylig opdagelse af, at grafen kan bruges til at måle en "kvante -centrifugeringsvæske" i magnetiske materialer.