Nanoteknologia nyt - Lehdistötiedote: Uudella kokeellisella menetelmällä tutkijat tutkivat pyörimisrakennetta 2D-materiaaleissa ensimmäistä kertaa: tarkkailemalla pyörimisrakennetta "maagisessa" grafeenissa, Brownin yliopiston tutkijoiden johtama tutkijaryhmä on löytänyt ratkaisun pitkään -pysyvä tiesulku kahden kentällä

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Koti > lehdistö > Uudella kokeellisella menetelmällä tutkijat tutkivat spinrakennetta 2D-materiaaleissa ensimmäistä kertaa: Tarkkailemalla spinrakennetta "maagle-angle"-grafeenissa Brownin yliopiston tutkijoiden johtama tutkijaryhmä on löytänyt ratkaisun pitkään jatkuneeseen tiesulkuun. kahden kenttä

Tarkkailemalla spin-rakennetta "magic-angle" -grafeenissa Brownin yliopiston tutkijoiden johtama tutkijaryhmä on löytänyt ratkaisun pitkäaikaiseen esteeseen kaksiulotteisen elektroniikan alalla. LUOTTO Jia Li / Brownin yliopisto

Tiivistelmä:
Kahden vuosikymmenen ajan fyysikot ovat yrittäneet manipuloida suoraan elektronien spiniä 2D-materiaaleissa, kuten grafeenissa. Tämä voisi saada aikaan merkittäviä edistysaskeleita 2D-elektroniikan nousevassa maailmassa, alalla, jolla supernopeat, pienet ja joustavat elektroniset laitteet suorittavat kvanttimekaniikkaan perustuvia laskelmia.

Uudella kokeellisella menetelmällä tutkijat tutkivat spinrakennetta 2D-materiaaleissa ensimmäistä kertaa: Tarkkailemalla spinrakennetta "maagle-angle"-grafeenissa Brownin yliopiston tutkijoiden johtama tutkijaryhmä on löytänyt kiertotavan kentällä pitkään jatkuneeseen tiesulkuun. kahdesta

Providence, RI | Julkaistu 12. toukokuuta 2023

Tiellä on se, että tyypillinen tapa, jolla tutkijat mittaavat elektronien spiniä - olennaista käyttäytymistä, joka antaa kaikelle fyysisessä universumissa sen rakenteen - ei yleensä toimi 2D-materiaaleissa. Tämän vuoksi on uskomattoman vaikeaa ymmärtää täysin materiaaleja ja edistää niihin perustuvaa teknistä kehitystä. Mutta Brownin yliopiston tutkijoiden johtama tutkijaryhmä uskoo, että heillä on nyt keino kiertää tämä pitkäaikainen haaste. He kuvaavat ratkaisuaan uudessa Nature Physics -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa.

Tutkimuksessa ryhmä, johon kuuluu myös tutkijoita Sandia National Laboratoriesin integroitujen nanoteknologian keskuksen ja Innsbruckin yliopiston tutkijoista, kuvailee heidän mielestään ensimmäistä mittausta, joka osoittaa suoran vuorovaikutuksen 2D-materiaalissa pyörivien elektronien ja tulevien fotonien välillä. mikroaaltouunin säteilyltä. Mikroaaltofotonien absorptio, jota kutsutaan kytkennäksi, muodostaa uuden kokeellisen tekniikan, jolla voidaan suoraan tutkia elektronien pyörimisominaisuuksia näissä 2D-kvanttimateriaaleissa – tekniikan, joka voisi toimia perustana näihin materiaaleihin perustuvien laskennallisten ja viestintätekniikoiden kehittämiselle. tutkijoille.

"Spin-rakenne on kvanttiilmiön tärkein osa, mutta meillä ei ole koskaan ollut suoraa koetinta sille näissä 2D-materiaaleissa", sanoi Brownin fysiikan apulaisprofessori ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja Jia Li. "Se haaste on estänyt meitä teoriassa tutkimasta spiniä tässä kiehtovassa materiaalissa viimeisen kahden vuosikymmenen ajan. Tällä menetelmällä voimme nyt tutkia monia erilaisia järjestelmiä, joita emme voineet tutkia aiemmin."

Tutkijat tekivät mittaukset suhteellisen uudella 2D-materiaalilla, jota kutsutaan "maagangle"-kierretyksi kaksikerroksiseksi grafeeniksi. Tämä grafeenipohjainen materiaali syntyy, kun kaksi erittäin ohutta hiilikerrosta pinotaan ja kierretään juuri oikeaan kulmaan, jolloin uusi kaksikerroksinen rakenne muuttuu suprajohteeksi, joka sallii sähkön virrata ilman vastusta tai energiahukkaa. Juuri vuonna 2018 löydetty tutkijat keskittyivät materiaaliin sitä ympäröivän potentiaalin ja mysteerin vuoksi.

"Moniin vuonna 2018 esitettyihin tärkeimpiin kysymyksiin ei ole vielä vastausta", sanoi työtä johtanut Erin Morissette, Li:n laboratoriossa Brownissa.

Fyysikot käyttävät yleensä ydinmagneettista resonanssia tai NMR:ää elektronien spinin mittaamiseen. He tekevät tämän herättämällä ydinmagneettiset ominaisuudet näytemateriaalissa käyttämällä mikroaaltosäteilyä ja lukemalla sitten eri allekirjoituksia, joita tämä säteily aiheuttaa spinin mittaamiseksi.

2D-materiaalien haasteena on, että elektronien magneettinen allekirjoitus vasteena mikroaaltoviritykseen on liian pieni havaittavaksi. Tutkimusryhmä päätti improvisoida. Sen sijaan, että ne havaitsivat suoraan elektronien magnetisoitumisen, he mittasivat hienovaraisia muutoksia elektroniresistanssissa, jotka johtuivat säteilyn magnetoitumisen muutoksista käyttämällä laitetta, joka on valmistettu Brownin molekyyli- ja nanomittakaavainnovaatiosta. Nämä pienet vaihtelut elektronisten virtojen virtauksessa antoivat tutkijoille mahdollisuuden käyttää laitetta havaitakseen, että elektronit absorboivat valokuvia mikroaaltosäteilystä.

Tutkijat pystyivät havaitsemaan uutta tietoa kokeista. Ryhmä havaitsi esimerkiksi, että fotonien ja elektronien väliset vuorovaikutukset saivat elektronit käyttäytymään tietyissä järjestelmän osissa kuten antiferromagneettisessa järjestelmässä – mikä tarkoittaa, että joidenkin atomien magnetismi kumottiin joukolla magneettisia atomeja, jotka ovat kohdistettu päinvastaiseen suuntaan.

Uusi menetelmä 2D-materiaalien spinin tutkimiseen ja tämänhetkiset havainnot eivät sovellu teknologiaan tänään, mutta tutkimusryhmä näkee potentiaalisia sovelluksia, joihin menetelmä voisi johtaa tulevaisuudessa. He aikovat jatkaa menetelmänsä soveltamista kierrettyyn kaksikerroksiseen grafeeniin, mutta laajentaa sitä myös muuhun 2D-materiaaliin.

"Se on todella monipuolinen työkalusarja, jonka avulla voimme päästä käsiksi tärkeän osan sähköiseen järjestykseen näissä vahvasti korreloiduissa järjestelmissä ja yleensä ymmärtääksemme, kuinka elektronit voivat käyttäytyä 2D-materiaaleissa", Morissette sanoi.

Kokeilu suoritettiin etänä vuonna 2021 Center for Integrated Nanotechnologiesissa New Mexicossa. Mathias S. Scheurer Innsbruckin yliopistosta tarjosi teoreettista tukea tuloksen mallintamiseen ja ymmärtämiseen. Työ sisälsi rahoitusta National Science Foundationilta, Yhdysvaltain puolustusministeriöltä ja Yhdysvaltain energiaministeriön tiedetoimistolta.

####

Saat lisätietoja napsauttamalla tätä

Yhteydet:
Juan Siliezar
Brown University
Toimisto: 401-863-3766

Jos sinulla on kommentteja, kiitos Ota yhteyttä meille.

Lehdistötiedotteiden liikkeeseenlaskijat, eivät 7th Wave, Inc. tai Nanotechnology Now, ovat yksin vastuussa sisällön oikeellisuudesta.

Kirjanmerkki: