Ledningsevne ved kanterne af grafen-dobbeltlag

Konduktiviteten af ​​dobbeltlag af grafen afhænger i høj grad af kulstofatomernes tilstand ved deres kanter; en egenskab, som kunne have vigtige implikationer for informationstransmissioner på kvanteskalaer.

Lavet af 2D-plader af kulstofatomer arrangeret i honeycomb-gitre, grafen viser en bred vifte af egenskaber vedrørende ledning af varme og elektricitet.

Når to lag grafen stables oven på hinanden for at danne et 'dobbeltlag, ' disse egenskaber kan blive endnu mere interessante. Ved kanterne af disse dobbeltlag, for eksempel, atomer kan nogle gange eksistere i en eksotisk tilstand af stof, kaldet "kvante spin Hall" (QSH) tilstand, afhængig af arten af ​​interaktionen mellem deres spins og deres bevægelser, benævnt deres 'spin-orbit coupling' (SOC). Mens QSH-tilstanden er tilladt for 'iboende' SOC, det er ødelagt af 'Rashba' SOC. I en artikel for nylig offentliggjort i EPJ B , Priyanka Sinha og Saurabh Basu fra Indian Institute of Technology Guwahati viste, at disse to typer SOC er ansvarlige for variationer i den måde, hvorpå grafen-dobbeltlag leder elektricitet.

For nanobånd af tolagsgrafen, hvis kantatomer er arrangeret i zigzag mønstre, forfatterne viste, at båndene af elektronenergier, som er tilladte og forbudte, er væsentligt forskellige fra dem, der findes i monolagsgrafen. For iboende SOC, QSH-tilstanden fik endda atomer i zigzag til at have et hul mellem disse bånd, som forsvandt i ulige atomer. Imidlertid, denne asymmetri forsvandt for Rashba SOC, som ændrede forholdet mellem den energi, der kræves for at tilføje en elektron til dobbeltlaget, og dens ledningsevne.

Denne ledningsfølsomhed over for tilstanden af ​​kantatomer viser, at grafen-dobbeltlag kan være særligt nyttige til spintronikapplikationer. Dette felt studerer, hvordan kvantespins kan bruges til effektivt at overføre information, som er af særlig interesse for forskere inden for områder som kvantecomputere. Sinha og Basu fandt også ud af, at den karakteristiske SOC-adfærd, de afslørede, fortsatte med eller uden spænding over dobbeltlagene, som afviste teorier om, at dette aspekt kunne forhindre QSH-tilstanden i at dannes. Deres arbejde fremmer vores viden om grafen-dobbeltlag, potentielt åbne op for nye forskningsområder i deres spændende egenskaber.