Ученые наблюдали в графене удивительное, невиданное ранее электронное поведение
Исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили конфигурацию слоев графена с некоторыми захватывающими магнитными свойствами и электронными свойствами, которые раньше не наблюдались в материале. Статья, в которой обсуждаются результаты, опубликована в журнале Nature.
Графен — это слой углерода толщиной в атом, который сам по себе обладает довольно необычными свойствами. Атомы расположены в шестиугольной решетке, а материал очень прочен и может передавать электричество. Исследователи взяли графит, материал внутри карандаша, и отделили от него тончайшие слои. Затем они расположили пять из них в виде ромбоэдра – как наклонный блок – и измерили их свойства.
Прежде всего, этот 5-слойный графен обладал своеобразным магнитным свойством, называемым «мультиферроикным» состоянием, что встречается очень редко. Помимо нетрадиционного магнетизма, у него также был уникальный тип электронного поведения, который команда назвала ферроваллетричностью, которая является причиной мультиферроикного состояния.
«Графен — потрясающий материал», — заявил руководитель группы Лонг Цзюй из Массачусетского технологического института. «Каждый добавляемый вами слой дает вам, по сути, новый материал. И теперь мы впервые видим ферроваллетричность и нетрадиционный магнетизм в пяти слоях графена. Но мы не видим это свойство в одном, двух, трех или четырех слоях».
Расположение слоев и размещение образца вблизи абсолютного нуля позволяют возникнуть взаимодействиям между электронами. Здесь задействованы квантовые взаимодействия, которые определяют общее поведение системы.
«В пяти слоях электроны находятся в решетчатой среде, где они движутся очень медленно, поэтому они могут эффективно взаимодействовать с другими электронами», — добавил Джу. «Именно тогда эффекты электронной корреляции начинают доминировать, и они могут начать координироваться в определенные предпочтительные ферроидные порядки».
Первое свойство ферроика заключается в том, что все электроны координируют свое орбитальное движение, подобно тому, как в обычном магните электроны выравниваются вдоль своего спина. Второе свойство ферроика связано с «долинами» — двумя состояниями с самой низкой энергией, которые электроны могут занимать в графене. Обычно электроны не делают различий между тем и другим. А вот в 5-слойном материале один выбирают больше, чем другой.
Эти два свойства приводят к тому, что общий магнетизм является мультиферроидным, поэтому к материалу можно применять магнитные поля для достижения нескольких предпочтительных состояний. Они могут быть полезны в приложениях, которые обладают более высокой эффективностью, чем традиционные материалы и устройства.
«Наличие свойств мультиферроика в одном материале означает, что, если бы он мог сэкономить энергию и время для записи магнитного жесткого диска, вы также могли бы хранить вдвое больше информации по сравнению с обычными устройствами», — объяснил Джу.
Обсудим?
Смотрите также:
