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天然石墨烯中发现的新量子效应

综合 时间:2021-10-08 04:00:26 匿名用户

通常,材料的电阻在很大程度上取决于其物理尺寸和基本特性。然而,在特殊情况下,该电阻可以采用一个固定值,该值独立于基本材料特性,并“量化”(意味着它在离散步骤而非连续步骤中变化)。这种电阻的量子化通常发生在强磁场中,当电子以二维方式运动时,温度非常低。现在,一个由Gott亭n大学领导的研究小组成功地在低温下证明了这种效应,在天然存在的双层石墨烯中几乎完全没有磁场,这只是两个原子的厚度。研究结果已在《自然》杂志上发表。

来自席腾根大学、路德维希马克西米利安慕尼黑大学和德克萨斯大学(达拉斯)的团队使用了两层石墨烯的天然形式。精细的石墨烯薄片使用标准的微加工技术进行接触,薄片的定位使其像桥一样自由悬挂,由两个金属触点固定在边缘。非常干净的双层石墨烯在低温和几乎无法检测到的磁场下显示出电阻的量子化。此外,电流流动时没有任何能量损失。其原因是一种磁性形式,它不是以常规磁体中常见的方式产生的(即通过电子固有磁矩的排列),而是通过石墨烯双层本身中带电粒子的运动产生的。

“换句话说,粒子产生了它们自己的固有磁场,这导致了电阻的量化,”Gott亭n大学的Thomas Weitz教授说。

这种效应之所以特别,不仅是因为它只需要一个电场,还因为它发生在八个不同的版本中,可以通过外加磁场和电场来控制。这将导致高度的控制,因为可以打开和关闭效果,并且可以反转带电粒子的运动方向。

“这使得它成为一个非常有趣的潜在应用,例如,在自旋电子学领域开发创新的计算机组件,这可能会对数据存储产生影响,”Weitz说。“此外,我们可以在一个由简单的自然材料组成的系统中展示这种效应,这是一个优势。这与最近流行的“异质结构”形成了鲜明对比,后者需要不同材料的复杂而精确的组成。

“然而,首先必须进一步研究这种效应,并找到在更高温度下使其稳定的方法,因为目前它只发生在绝对零度以上5度(后者为0℃以下273度)的温度下。”

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