Skræddersy et stort område pseudomagnetisk felt i grafen på en krystal med forskellig symmetri

National University of Singapore forskere har opdaget en enkel og effektiv metode til at producere et stort område pseudo-magnetisk felt (PMF) på grafen, og demonstreret, hvordan det kan indstilles med ønsket rumlig fordeling og intensitet til datalagring og logiske applikationer ("Skræddersy sample-wide pseudo-magnetic fields on a graphene-black phosphor heterostructure").

Elektronikfeltet fokuserer på, hvordan man styrer og udnytter elektronernes egenskaber. At studere eller ændre egenskaberne af disse elektroner ved kvanteregimet, et magnetfelt skal påføres.

En anden måde at opnå denne effekt på er at skabe en speciel type belastning mekanisk i grafen, hvor elektronerne opfører sig, som om de er under påvirkning af et eksternt påført magnetfelt. I dette tilfælde, intet magnetfelt påføres fysisk, og dette forklares ved tilstedeværelsen af ​​belastningsinduceret PMF.

Elektroner har yderligere frihedsgrader (uafhængig parameter, der beskriver den elektroniske tilstand) ud over dens ladning. Disse er kendt som spins og dalens frihedsgrad. Dale er maksima og minima for elektronenergier i et krystallinsk fast stof. En metode til at styre elektroner i forskellige dale kan potentielt bruges til at udvikle mere effektive computerteknologier.

Strain-inducerede PMF'er i grafen er blevet udforsket som en lovende tilgang til at skille dalene i grafen fra hinanden og gøre deres energier ikke-ækvivalente, producerer spændende fysik såsom dalpolariseret strøm. Mange forskere er blevet tiltrukket af de enorme PMF'er (op til 300 teslaer) observeret i ikke-plane, anstrengte grafen nanostrukturer såsom grafen nanobobler.

Imidlertid, disse fordeles tilfældigt, og de er ikke gennemførlige for praktisk implementering. Selvom teori forudsiger, at stammer med trekantet symmetri er i stand til at skabe PMF i materialer, der er i øjeblikket ingen kendt eksperimentel teknik, som kan skabe den specifikke stammetekstur for at generere en ensartet PMF med den ønskede rumlige fordeling og intensitet.

Et team ledet af professor LOH Kian Ping fra Institut for Kemi og Center for Avancerede 2D-materialer, NUS har opdaget en måde at generere PMF'er på grafen ved at overlejre grafen på sort fosfor (BP) for at danne en grafen-på-BP-heterostruktur. Forskerholdet omfatter også overfladekemiker Prof LU Jiong og teoretiker Prof Adam SHAFFIQUE fra NUS. Den store gittermismatch og forskydningsbelastning påført af gitterne på hinanden giver anledning til PMF'er på grafen, som kan måles direkte ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi.

Ud over, de opdagede en måde at skræddersy intensiteten og den rumlige fordeling af PMF'erne på grafen ved at ændre rotationsvinklen mellem de krystallografiske retninger af grafen og BP. Når et eksternt magnetfelt påføres i nærvær af PMF, de er i stand til at skabe to typer ikke-ækvivalente strømme, kendt som den dalpolariserede strøm i elektriske transportmålinger.

Prof Loh sagde, "Kontrol af PMF'er på nanoskala gør det muligt at teste følgende ekstreme fysik:Først, PMF-felterne kan tjene som energibarrierer for effektivt at begrænse strømme til en endimensionel kanal. Ud over, dalfiltre kan udvikles baseret på dalpolarisering. Vigtigt, vi opdagede, at en kompleks stammetekstur dannet ved at placere en hexagonal krystal (grafen) på en orthorhombisk krystal (BP) er egnet til at generere et stort område PMF.

Implikationen er, at der kan være andre kombinationer af todimensionelle krystaller, som ikke er blevet opdaget endnu. Vores undersøgelse åbner således nye muligheder for strain engineering med henblik på at skræddersy den rumlige fordeling og intensiteten af ​​PMF'erne."