Onderzoekers van de National University of Singapore hebben een eenvoudige en effectieve methode ontdekt om een ​​groot gebied pseudo-magnetisch veld (PMF) op grafeen te produceren, en demonstreerde hoe het kan worden afgestemd met de gewenste ruimtelijke distributie en intensiteit voor gegevensopslag en logische toepassingen ("Afstemming van steekproefbrede pseudo-magnetische velden op een grafeen-zwarte fosforheterostructuur").

Het gebied van elektronica richt zich op het beheersen en exploiteren van de eigenschappen van elektronen. Om de eigenschappen van deze elektronen in het kwantumregime te bestuderen of te wijzigen, een magnetisch veld moet worden aangelegd.

Een andere manier om dit effect te bereiken is om mechanisch een speciaal soort spanning te creëren in grafeen, waarbij de elektronen zich gedragen alsof ze onder invloed staan ​​van een extern aangelegd magnetisch veld. In dit geval, er wordt geen magnetisch veld fysiek aangelegd en dit wordt verklaard door de aanwezigheid van door spanning geïnduceerde PMF.

Elektronen hebben naast de lading extra vrijheidsgraden (onafhankelijke parameter die de elektronische toestand beschrijft). Deze staan ​​bekend als de spins en de vrijheidsgraad van de vallei. Valleien zijn de maxima en minima van elektronenenergieën in een kristallijne vaste stof. Een methode om elektronen in verschillende valleien te controleren, kan mogelijk worden gebruikt om efficiëntere computertechnologieën te ontwikkelen.

Door spanning geïnduceerde PMF's in grafeen zijn onderzocht als een veelbelovende benadering om de valleien in grafeen uit elkaar te trekken en hun energieën niet-equivalent te maken, het produceren van intrigerende fysica zoals dal-gepolariseerde stroom. Veel onderzoekers zijn aangetrokken door de enorme PMF's (tot 300 tesla's) die zijn waargenomen in niet-planaire, gespannen grafeen nanostructuren zoals grafeen nanobellen.

Echter, deze worden willekeurig verdeeld en zijn niet haalbaar voor praktische implementatie. Hoewel de theorie voorspelt dat stammen met driehoekige symmetrie PMF in materialen kunnen creëren, er is momenteel geen experimentele techniek bekend die de specifieke stamtextuur kan creëren om een ​​uniforme PMF te genereren met de gewenste ruimtelijke verdeling en intensiteit.

Een team onder leiding van prof. LOH Kian Ping van de afdeling Scheikunde en het Centrum voor Geavanceerde 2-D Materialen, NUS heeft een manier ontdekt om PMF's op grafeen te genereren door grafeen op zwarte fosfor (BP) te leggen om een ​​grafeen-op-BP heterostructuur te vormen. Het onderzoeksteam omvat ook oppervlaktechemicus prof. LU Jiong en theoreticus prof. Adam SHAFFIQUE van NUS. De grote roostermismatch en afschuifspanning die door de roosters aan elkaar worden opgelegd, leiden tot PMF's op grafeen, die direct kan worden gemeten met behulp van scanning tunneling microscopie.

In aanvulling, ze ontdekten een manier om de intensiteit en ruimtelijke verdeling van de PMF's op grafeen aan te passen door de rotatiehoek tussen de kristallografische richtingen van het grafeen en de BP te veranderen. Wanneer een extern magnetisch veld wordt aangelegd in de aanwezigheid van de PMF, ze zijn in staat om twee soorten niet-equivalente stromen te creëren, bekend als de vallei-gepolariseerde stroom in elektrische transportmetingen.

Prof Loh zei:"Door PMF's op nanoschaal te beheersen, kunnen de volgende extreme fysica worden getest:ten eerste, de PMF-velden kunnen dienen als energiebarrières om stromen efficiënt in een eendimensionaal kanaal te beperken. In aanvulling, dalfilters kunnen worden ontwikkeld op basis van dalpolarisatie. belangrijk, we ontdekten dat een complexe rektextuur gevormd door het plaatsen van een hexagonaal kristal (grafeen) op een orthorhombisch kristal (BP) geschikt is voor het genereren van een PMF met een groot oppervlak.

De implicatie is dat er mogelijk andere combinaties van tweedimensionale kristallen zijn die nog niet zijn ontdekt. Onze studie opent dus nieuwe mogelijkheden voor strain engineering met het oog op het afstemmen van de ruimtelijke verdeling en intensiteit van de PMF's."