Удалось создать магнитный и сверхпроводимый графен

Тимур Кешелава, 26 июля 2019

В  экспериментах с зажатым между листами нитрида бора скрученным двухслойным графеном удалось наблюдать переход вещества в магнитное состояние. Полученное свойство было подтверждено наличием аномального эффекта Холла и магнитного гистерезиса. В данном случае за это отвечает редкое явление — орбитальный ферромагнетизм, пишут ученые в журнале Science.

Графен — это одна из аллотропных модификаций чистого углерода, которая представляет собой плоские кристаллы с шестиугольной структурой. Это вещество обладает рекордными или экзотическими свойствами сразу в нескольких категориях, из-за чего его активно исследуют как с точки зрения фундаментальных физических свойств, так и в плане применимости в технологиях.

Несколько лет назад физики обнаружили, что в двухслойном графене при повороте слоев на «магический угол» друг относительно друга возникает сверхпроводимость. Это открытие вызвало всплеск интереса к скрученному графену и его свойствам. С физической точки зрения это явление в первую очередь связано с возникновением сверхрешетки, то есть повторяющегося узора, в узлах которого шестиугольные ячейки листов графена из разных слоев находятся строго друг над другом, а между которыми — не совпадают.

Физики из США и Японии под руководством Дэвида Гольдхабер-Гордона (David Goldhaber-Gordon) из Стэнфордского университета изначально собирались воспроизвести полученные ранее другой группой результаты о сверхпроводимости двухслойного графена, но обнаружили принципиально новое явление.

Оказалось, что при определенном уровне заполнения электронных энергетических зон наблюдался мощный эффект Холла — появление поперечной разности потенциалов при пропускании через вещество тока. Обычно этот эффект возникает в присутствии внешнего магнитного поля, но в этом случае разница потенциалов возникала без него. Получается, что ученые имели дело с аномальным эффектом Холла, а магнитное поле было присуще самому материалу, ферромагнитная природа которого была подтверждена наблюдением гистерезиса.

Обычный однослойный графен характеризуется линейным законом дисперсии электронов, то есть зависимостью энергии частиц от импульса. При этом каждая элементарная ячейка может содержать до двух электронов с разными спинами. Однако в скрученном двухслойном графене возникает плоская энергетическая зона, в которой частицы обладают эффективной нулевой энергией, движутся без взаимодействия друг с другом и узлами решетки, что и определят сверхпроводящие свойства. Каждая элементарная ячейка сверхрешетки может содержать уже до четырех электронов с парами разных спиновых и орбитальных состояний.

Яндекс.ДиректОптический кабель ДПТ в наличии!linesv.ruБольшой выбор. Актуальные цены. Быстрая отгрузка. Товар в наличии. ЗвонитеКаталогО доставкеО компанииКонтакты