Рідкісний електронний стан виявлено при накопиченні графену
Супер-спеціальний матеріал графен продовжує дивувати і зачаровувати вчених, цього разу виявивши рідкісний електронний стан, названий “феродолинність”, який виникає, коли графен укладається в певну п’ятишарову комбінацію.
Як повідомляють дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT), Гарвардського університету та Національного інституту матеріалознавства в Японії, у цьому новому стані графеновий стек демонструє дивну і дивовижну магнітну та електронну поведінку.
На думку команди, використання графену в такий спосіб може допомогти в розробці як класичних, так і квантових комп’ютерів, особливо в плані створення рішень для зберігання даних, які пропонують велику ємність, але при цьому потребують відносно мало енергії для роботи.
“Графен – захоплюючий матеріал, – каже фізик Лонг Джу з Массачусетського технологічного інституту. “Кожен шар, який ви додаєте, дає вам, по суті, новий матеріал”.
“І зараз ми вперше бачимо феродолинність і нетрадиційний магнетизм у п’яти шарах графену. Але ми не бачимо цієї властивості в одному, двох, трьох чи чотирьох шарах”.
Фероїдні матеріали демонструють певну скоординовану поведінку в своїх електричних, магнітних або структурних властивостях – як магніт, наприклад, який має електрони, що обертаються і спрямовані в одному напрямку, не будучи спрямованими зовнішнім магнітним полем.
В інших матеріалах електрони можуть натомість вирівнюватися в крихітні вихори. Щоб бути мультифероїчним, один і той самий матеріал повинен демонструвати кілька типів скоординованої поведінки.
На основі своїх розрахунків дослідники дійшли висновку, що графен може стати мультифероїдним, якщо п’ять шарів розташувати у ромбоедричній структурі (подібно до парканів з курячого дроту, складених один на одного).
Важливо, що це створює середовище, де електрони сповільнюються, і починається фероїдне вирівнювання. Ретельно проаналізувавши графенові пластівці, які природним чином сформувалися в п’ять шарів і в цьому конкретному візерунку, дослідники дійсно побачили мультиферроїчну поведінку.
По-перше, спостерігався нетрадиційний магнетизм, коли електрони координували свій орбітальний рух (а не спін чи обертання, як у стандартному магніті). По-друге, електрони мали тенденцію осідати в одній конкретній електронній “долині” (або низькоенергетичному стані), тоді як у стандартному графені вони не виявляють жодних переваг.
Команда продемонструвала, що обидві ці фероїдні властивості можна контролювати за допомогою електричного поля. Хоча все це поки що залишається на дуже високому технічному рівні, з часом це може бути використано для розробки комп’ютерних чіпів, які зможуть зберігати вдвічі більше даних – адже електронами матеріалу можна маніпулювати двома способами, а не одним.
“Ми знали, що в цій структурі відбудеться щось цікаве, але не знали, що саме, доки не протестували її”, – каже фізик Чженгуан Лу з Массачусетського технологічного інституту (MIT).
“Ми вперше побачили феродолинну електроніку, а також вперше побачили співіснування феродолинної електроніки з нетрадиційним феромагнітом”.
