science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Drie lagen grafeen onthullen een nieuw soort magneet

Een spectrum van het drielaagse grafeen als functie van magnetisch veld en elektronendichtheid. Krediet:Biswajit Datta, Mandar Deshmukh

Metalen hebben een grote elektronendichtheid en om het golfkarakter van elektronen te kunnen zien, moet men metaaldraden maken die slechts enkele atomen breed zijn. Echter, in grafeen - één atoom dik grafiet - is de dichtheid van elektronen veel kleiner en kan worden veranderd door een transistor te maken. Als gevolg van de lage dichtheid van elektronen, het golfkarakter van elektronen, zoals beschreven door de kwantummechanica, is gemakkelijker waar te nemen in grafeen.

Vaak wordt in metalen zoals koper het elektron elke 100 nanometer verstrooid, een afstand die ongeveer 1000 keer kleiner is dan de diameter van mensenhaar, door onzuiverheden en onvolkomenheden. Elektronen kunnen veel langer reizen in grafeen, tot afstanden van 10 micrometer, een afstand die ongeveer 10 keer kleiner is dan de diameter van mensenhaar. Dit wordt gerealiseerd door grafeen tussen lagen boornitride te sandwichen. De lagen boornitride hebben weinig onvolkomenheden om de elektronenstroom in grafeen te belemmeren.

Zodra elektronen lange afstanden afleggen, wat impliceert dat er weinig onvolkomenheden zijn, men merkt het zwakke gefluister van elektronen "die met elkaar praten". Het verminderen van de onvolkomenheden is vergelijkbaar met het stil maken van een kamer om het zwakke gefluister van elektronische interacties tussen vele elektronen mogelijk te maken.

In een onderzoek, onder leiding van promovendus Biswajit Datta, De groep van professor Mandar Deshmukh bij TIFR realiseerde precies dit soort stilte waardoor elektronische interacties konden worden waargenomen in drie lagen grafeen. De studie onthult een nieuw soort magneet en geeft inzicht in hoe elektronische apparaten die grafeen gebruiken kunnen worden gemaakt voor zowel fundamentele studies als toepassingen. Dit werk ontdekt het magnetisme van elektronen in drie lagen grafeen bij een lage temperatuur van -272 Celsius. Het magnetisme van elektronen komt voort uit het gecoördineerde "gefluister" tussen vele elektronen.