e世博国际APP

不只有超导,斯坦福物理学家意外发现:石墨烯存在轨道铁磁性

有时最好的发现发生在科学家最意想不到的时候。当两块扭曲的石墨烯显示出超导性迹象时,发现这种现象的麻省理工学院物理学家们感到震惊。然而,现在,斯坦福大学的物理学家已经证明,这种神奇的材料也可以产生曾经只是理论上曾经梦想过的磁力。

这是一种以前从未见过的新形式的磁力,尽管它出现在科学家的预测中。研究人员认为,这种称为轨道铁磁性的磁性可能对某些应用很有用,例如量子计算。研究小组在7月25日的《科学》问题中描述了他们的发现。

斯坦福大学的研究人员在尝试重现一个触发物理界冲击波的发现时无意中发现了这种现象。在2018年初,麻省理工学院的David Goldhamb-Gordon研究小组宣布他们成功地诱导了两层碳原子堆叠,并且双层石墨烯实现了无阻力导电性。一种称为超导性的属性。这一发现震惊了近10年前的预测,当石墨烯片旋转到非常特定的角度时,它们是超导的。

当石墨烯堆叠并扭曲时,它会形成具有重复干涉或莫尔模式的超晶格。斯坦福大学人文学院的研究负责人兼物理学教授David Goldhamb-Gordon说:“就像你演奏两种频率略有不同的音调一样。” “你会感受到两者之间的节拍,这与它们的频率之间的差异有关。石墨烯的故事与此非常相似,当你将两个网格堆叠在一起然后将它们扭曲以使它们不完整对齐时,就会发生一些有趣的事情。“

物理学家的理论是,当石墨烯旋转到1.1度时,特殊超晶格的形成将导致材料的一般变化的电子能态崩溃,形成他们所谓的扁平带,并且电子运动的速度将下降到在零附近。结果,任何一个电子的运动变得高度依赖于其附近的其他电子的运动。这些相互作用是物质的许多奇异量子态的核心。

斯坦福大学这项研究的目标不是磁性,但他们的研究结果令人惊讶。虽然在这个系统中出人意料地发现超导性,但David Goldhaber-Gordon期望更多,他们希望这项研究能够与斯坦福大学的物理学家一起解决更多问题。省科技研究成果不断探索。在试图复制麻省理工学院团队的成果时,David Goldhaber-Gordon和他的团队介绍了两个看似无关紧要的变化。

首先,当蜂窝状碳晶格封装在六方氮化硼薄层中时,研究人员无意中将其中一个保护层旋转到靠近扭曲的双层石墨烯的位置。结果表明,如果氮化硼晶格几乎与石墨烯晶格对准,则扭曲的双层石墨烯的电学性质显着改变。

其次,斯坦福大学的团队故意使两个石墨烯片之间的旋转角度超过1.1度,但是1.17度,因为最近的研究表明扭曲的石墨烯片在制造过程中倾向于以较小的角度沉降。 Gold Haber-Gordon认为,如果他们的目标是1.17度,那么实际失真角度将恢复到1.1度。然而,实验发现它非常出乎意料,他们发现扭转角已扩大到1.2度。

在斯坦福大学的研究人员开始测试扭曲的石墨烯样品的性质之前,这些微小变化的影响并不明显。特别是,他们想研究石墨烯样品的磁性如何随扁平带的变化而变化。扁平带是一组状态,其中电子缓慢地接近零,并且电子被填充或排空。电子被泵入已经冷却到接近绝对零度的样品中,当扁平带填充四分之三时,他检测到与电流垂直的大电压。该电压称为霍尔电压,通常仅在存在外部磁场的情况下发生。然而,在这种情况下,即使外部磁场已经关闭,该电压仍然存在。

这种异常的霍尔效应只能在石墨烯样品本身产生内部磁场时才能解释。另外,该磁场不能是电子自旋对准的结果。通常,这种典型的情况发生在磁性材料中,因此研究人员得出结论,它们必须归因于它们的轨道运动的协调。

David Goldhaber-Gordon说这是第一个石墨烯材料中存在轨道铁磁性的一个例子。如果磁力是由自旋极化引起的,那么你不会期望看到它。到霍尔效应。我们不仅看到了霍尔效应,而且还看到了巨大的霍尔效应。

在量子力学中,轨道磁化是指由带电粒子(通常是固体中的电子)的轨道运动引起的磁化。术语“轨道”将其与自旋自由度(Mspin)对总磁化强度的贡献区分开来。非零轨道磁化需要时间反转的破裂对称性,其可以在铁磁和铁磁材料中自发发生,或者在施加的磁场中在非磁性材料中发生。

研究人员估计,扭曲的石墨烯样品表面附近的磁场比传统的冰箱磁铁弱一百万倍,但在某些情况下,例如为量子计算机构建存储器,这种弱磁场可能是一个优势。磁性双层石墨烯可以以非常低的功率打开,并且可以非常容易地以电子方式读取。实际上,没有大的磁场从材料向外延伸,这意味着您可以将磁性钻头非常靠近地放在一起而不必担心干扰。

David Goldhamb-Gordon的实验室尚未完成对扭曲双层石墨烯的探索。研究小组计划利用最近改进的制造技术制造更多样品,以进一步研究轨道磁学。

科学探探

重点关注

? Demand Express |给我你的需求,我知道谁需要它?《2018全球石墨烯产业研究报告》热门订单! (包含在目录中)?石墨烯联盟(CGIA)就像这样