Ciekawy

Naukowcy odkrywają nieprawdopodobne właściwości kwantowe grafitu

Naukowcy odkrywają nieprawdopodobne właściwości kwantowe grafitu

Naukowcy odkryli, że grafit luzem w niezwykły sposób wykazuje kwantowy efekt Halla, otwierając nowe obszary badań fizycznych.

Obserwowanie efektu hali kwantowej poza systemem 2D

Naukowcy z Uniwersytetu w Manchesterze w Wielkiej Brytanii, kierowani przez dr Artema Mishchenko, prof. Wołodię Fal'ko i prof. Andre Geima, odkryli kwantowy efekt Halla (QHE) w graficie luzem, który jest warstwowym kryształem wykonanym z ułożonych warstw grafenu.

ZOBACZ TAKŻE: NAUKOWCY WPROWADZAJĄ TECHNIKĘ DRUKOWANIA GRAFENOWEGO, KTÓRA JEDWABNE EKRANY ELASTYCZNE ELEKTRONIKA

Ich odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Nature Physics, nie były oczekiwane, ponieważ QHE ma ograniczać się do układów znanych jako systemy dwuwymiarowe, w których ruch elektronów jest ograniczony do jednej płaszczyzny i nie może poruszać się prostopadle.

Naukowcy wykorzystali rozszczepione kryształy grafitu zabezpieczone warstwowym heksagonalnym azotkiem boru. Ich urządzenia były zgodne z geometrią prętów Halla, umożliwiając im pomiar transportu elektronów w graficie.

„Pomiary były dość proste”. wyjaśnia członek zespołu badawczego i pierwszy autor artykułu, dr Jun Yin. „Przepuściliśmy niewielki prąd wzdłuż pręta Halla, zastosowaliśmy silne pole magnetyczne prostopadłe do płaszczyzny pręta Halla, a następnie zmierzyliśmy napięcia generowane wzdłuż i w poprzek urządzenia, aby uzyskać rezystywność wzdłużną i rezystancję Halla”.

Fal'ko, który pracował nad teoretyczną częścią artykułu, powiedział: „byliśmy dość zaskoczeni, gdy zobaczyliśmy kwantowy efekt Halla (QHE) - sekwencję skwantyzowanych plateaux w rezystancji Halla - któremu towarzyszy zerowa rezystywność wzdłużna w naszych próbkach . Są wystarczająco grube, aby zachowywać się jak zwykły półmetal w masie, w przypadku którego QHE powinno być zabronione ”.

Znaleziono inne osobliwości

Kolejnym zaskakującym odkryciem było to, że liczba warstw grafenu zawartych w graficie - a konkretnie to, czy była to nieparzysta liczba warstw, czy liczba parzysta - wpłynęła na ich obserwacje QHE.

Okazało się, że fale stojące dwóch różnych rodzajów elektronów w graficie wytwarzały zmniejszone luki energii QHE, gdy w graficie była nieparzysta liczba warstw grafenu, i robili to nawet wtedy, gdy były setki warstw grafenu.

Kolejnym zaskakującym rezultatem było odkrycie ułamkowego QHE (FQHE) - który różni się od normalnego QHE i jest produktem interakcji między elektronami, które powodują zjawiska takie jak nadprzewodnictwo i magnetyzm - w bardzo cienkich warstwach grafitu.

„Większość wyników, które zaobserwowaliśmy, można wyjaśnić za pomocą prostego modelu jednoelektronowego, ale widok FQHE mówi nam, że obraz nie jest taki prosty” - powiedział Miszczenko. „W naszych próbkach grafitu występuje wiele interakcji elektron-elektron w wysokich polach magnetycznych i niskich temperaturach, co pokazuje, że fizyka wielu ciał jest ważna w tym materiale”.

Odzyskiwanie części uwagi na grafen

Grafit od lat ustępuje miejsca grafenowi, ale naukowcy mają nadzieję, że ich praca pokazuje, że większy materiał grafitowy jest nadal wart poważnych badań.

„Nasza praca jest nowym krokiem do dalszych badań tego materiału, w tym fizyki wielu ciał, takich jak fale gęstości, kondensacja ekscytonu czy krystalizacja Wignera” - powiedział Miszczenko.

„Przez dziesięciolecia grafit był używany przez naukowców jako rodzaj„ kamienia filozoficznego ”, który może wywoływać wszystkie prawdopodobne i nieprawdopodobne zjawiska, w tym nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej” - powiedział Geim. „Nasza praca pokazuje, co w zasadzie jest możliwe w tym materiale, przynajmniej w jego najczystszej postaci”.


Obejrzyj wideo: Przesuwanie horyzontu (Styczeń 2022).