Kunstigt magnetisk felt producerer eksotisk adfærd i grafenark

Et enkelt ark grafen har bemærkelsesværdige egenskaber på grund af et kvantefænomen i dets elektronstruktur kaldet Dirac -kegler. Systemet bliver endnu mere interessant, hvis det omfatter to overlejrede grafenark, og man drejer meget let i sit eget plan, så hullerne i de to kulstofgitter ikke længere falder helt sammen. For specifikke vridningsvinkler, det to -lags grafensystem viser eksotiske egenskaber såsom superledning.

En ny undersøgelse foretaget af den brasilianske fysiker Aline Ramires med Jose Lado, en spanskfødt forsker ved Swiss Swiss Institute of Technology (ETH Zürich), viser, at anvendelsen af ​​et elektrisk felt på et sådant system frembringer en effekt, der er identisk med virkningen af ​​et ekstremt intens magnetfelt, der påføres to justerede grafenark.

En artikel om undersøgelsen er for nylig blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve . Det er også tilgængeligt på arXiv-forudgivelsesplatformen.

"Jeg udførte analysen, og det blev beregnet af Lado, "Sagde Ramires." Det gør det muligt at kontrollere grafens elektroniske egenskaber ved hjælp af elektriske felter, at generere kunstige, men effektive magnetfelter med langt større størrelser end dem for de virkelige magnetfelter, der kan anvendes. "

De to grafenark skal være tæt nok sammen til, at den elektroniske orbital kan interagere med den andens elektroniske orbitaler, forklarede hun. Dette betyder en adskillelse så tæt som cirka en ångstrøm (10-10 meter eller 0,1 nanometer), som er afstanden mellem to carbonatomer i grafen.

Et andet krav er en lille vridningsvinkel for hvert ark i forhold til det andet - mindre end en grad. Selvom det er helt teoretisk, undersøgelsen har et klart teknologisk potentiale, da det viser, at et alsidigt materiale som grafen kan manipuleres i hidtil uudforskede regimer.

"De kunstige magnetfelter, der tidligere blev foreslået, var baseret på anvendelse af kræfter til at deformere materialet. Vores forslag gør det muligt at kontrollere genereringen af ​​disse felter med meget større præcision. Dette kan have praktiske anvendelser, "Sagde Ramires.

De eksotiske tilstande af stof induceret af kunstige magnetfelter er forbundet med udseendet af "pseudo-Landau-niveauer" i grafenark. Landau-niveauer-opkaldt efter den sovjetiske fysiker og matematiker Lev Landau (1908-1968), Nobelpristager i fysik i 1962 - er et kvantefænomen, hvor der i nærvær af et magnetfelt er elektrisk ladede partikler kan kun optage baner med diskrete energiværdier. Antallet af elektroner i hvert Landau -niveau er direkte proportionalt med størrelsen af ​​det anvendte magnetfelt.

"Disse tilstande er godt placeret i rummet; når partikler interagerer på disse niveauer, interaktionerne er meget mere intense end normalt. Dannelsen af ​​pseudo-Landau-niveauer forklarer, hvorfor kunstige magnetfelter får eksotiske egenskaber som f.eks. Superledning eller spinvæsker til at forekomme i materialet, "Sagde Ramires.