Ny kvanteeffekt opdaget i naturligt forekommende grafen

Som regel, et materiales elektriske modstand afhænger meget af dets fysiske dimensioner og grundlæggende egenskaber. Under særlige omstændigheder, imidlertid, denne modstand kan antage en fast værdi, der er uafhængig af de grundlæggende materialeegenskaber og "kvantiseret" (hvilket betyder, at den ændres i diskrete trin i stedet for kontinuerligt). Denne kvantisering af elektrisk modstand sker normalt inden for stærke magnetiske felter og ved meget lave temperaturer, når elektroner bevæger sig på en todimensionel måde. Nu, et forskerhold ledet af universitetet i Göttingen er lykkedes med at påvise denne effekt ved lave temperaturer i næsten fuldstændig fravær af et magnetfelt i naturligt forekommende dobbeltlagsgrafen, som kun er to atomer tyk. Resultaterne af undersøgelsen er blevet offentliggjort i Natur .

Holdet fra universitetet i Göttingen, Ludwig Maximilian Universitetet i München og University of Texas (Dallas) brugte to-lags grafen i sin naturlige form. De sarte grafenflager bringes i kontakt med standard mikrofremstillingsteknikker, og flagen placeres således, at den hænger frit som en bro, holdes i kanterne af to metalkontakter. De ekstremt rene dobbeltlag af grafen viser en kvantisering af elektrisk modstand ved lave temperaturer og næsten uopdagelige magnetfelter. Ud over, den elektriske strøm løber uden tab af energi. Årsagen til dette er en form for magnetisme, der ikke genereres på den sædvanlige måde, som det ses i konventionelle magneter (dvs. ved justering af elektronernes iboende magnetiske momenter), men ved bevægelsen af ​​de ladede partikler i selve grafen-dobbeltlaget.

"Med andre ord, partiklerne genererer deres eget iboende magnetfelt, som fører til kvantisering af den elektriske modstand, " siger professor Thomas Weitz fra universitetet i Göttingen.

Grunden til, at denne effekt er speciel, er ikke kun, at den kun kræver et elektrisk felt, men også at det forekommer i otte forskellige versioner, der kan styres af påførte magnetiske og elektriske felter. Dette resulterer i en høj grad af kontrol, fordi effekten kan slås til og fra, og bevægelsesretningen af ​​de ladede partikler kan vendes.

"Dette gør det til en rigtig interessant kandidat til potentielle ansøgninger, for eksempel, i udviklingen af ​​innovative computerkomponenter inden for spintronics, som kan have konsekvenser for datalagring, " siger Weitz. "Desuden, det er en fordel, at vi kan vise denne effekt i et system bestående af et enkelt og naturligt forekommende materiale. Dette er i skarp kontrast til de nyligt populariserede 'heterostrukturer, som kræver en kompleks og præcis sammensætning af forskellige materialer.

"Først, imidlertid, effekten skal undersøges nærmere, og måder at stabilisere den ved højere temperaturer skal findes, fordi det i øjeblikket kun forekommer ved op til fem grader over det absolutte nulpunkt (sidstnævnte er 273 grader under 0 ^o C)."