Undersøgelse og finjustering af egenskaberne af magisk grafen

Nylige fremskridt i udviklingen af ​​enheder lavet af 2D-materialer baner vejen for nye teknologiske muligheder, især inden for kvanteteknologi. Indtil videre er der dog kun forsket lidt i energitab i stærkt interagerende systemer.

Med dette i tankerne brugte holdet ledet af professor Ernst Meyer fra Institut for Fysik ved Universitetet i Basel et atomkraftmikroskop i pendultilstand til at undersøge en grafenanordning mere detaljeret. Til dette brugte forskerne en to-lags grafen, fremstillet af kolleger ved LMU München, hvor de to lag blev snoet med 1,08°.

Når de er stablet og snoet i forhold til hinanden, danner de to lag af grafen "moiré"-overbygninger, og materialet får nye egenskaber. For eksempel, når de to lag er snoet af den såkaldte magiske vinkel på 1,08°, bliver grafen en superleder ved meget lave temperaturer, der leder elektricitet næsten uden energispredning.

Finjustering af egenskaberne

Ved hjælp af atomic force microscopy (AFM) målinger har Dr. Alexina Ollier nu været i stand til at bevise, at vridningsvinklen af ​​de atomare grafenlag var ensartet over hele laget, på omkring 1,06°. Hun var også i stand til at måle, hvordan grafenlagets strømledende egenskaber kan ændres og justeres som en funktion af den ladning, der påføres enheden.

Afhængig af "opladningen" af de enkelte grafenceller med elektroner, opførte materialet sig som en isolator eller en halvleder. Den relativt høje temperatur på 5 Kelvin (-268,15°C) under målingerne betød, at forskerne ikke opnåede superledning i grafenet, da dette fænomen – strømledning uden energidissipation – kun opstår ved en meget lavere temperatur på 1,7 Kelvin.

"Vi var dog ikke kun i stand til at modificere og måle enhedens strømledende egenskaber," forklarer Ollier, førsteforfatter til undersøgelsen, der nu er offentliggjort i Communications Physics , "men også for at give grafen magnetiske egenskaber - som selvfølgelig ikke består af andet end kulstofatomer."

"Det er en præstation, at vi er i stand til at afbilde små grafenflager i elektriske komponenter, ændre deres elektriske og magnetiske egenskaber og måle dem præcist," siger Meyer om arbejdet, som var en del af en doktorafhandling ved SNI Ph. D. Skole. "I fremtiden vil denne metode også hjælpe os med at bestemme energitabet af forskellige todimensionelle komponenter i tilfælde af stærke interaktioner."

Flere oplysninger: Alexina Ollier et al., Energidissipation på magisk vinkel snoet dobbeltlagsgrafen, Kommunikationsfysik (2023). DOI:10.1038/s42005-023-01441-4

Journaloplysninger: Kommunikationsfysik

Leveret af University of Basel