나노기술의 현재 - 보도 자료: 연구원들은 새로운 실험 방법으로 처음으로 2D 재료의 스핀 구조를 조사했습니다. 브라운 대학 연구원이 이끄는 과학자 팀은 "마법의 각도" 그래핀의 스핀 구조를 관찰하여 오랫동안 해결 방법을 찾았습니다. - 두 분야의 장애물

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브라운 대학교 연구원들이 이끄는 과학자 팀은 "마법의 각도" 그래핀의 스핀 구조를 관찰함으로써 2차원 전자 분야의 오랜 장애물에 대한 해결 방법을 발견했습니다. 신용 거래 리 지아(Jia Li)/브라운대학교

요약 :
지난 2년 동안 물리학자들은 그래핀과 같은 2D 물질에서 전자 스핀을 직접 조작하려고 노력해 왔습니다. 그렇게 하면 초고속, 작고 유연한 전자 장치가 양자 역학을 기반으로 계산을 수행하는 분야인 급성장하는 XNUMXD 전자 세계에서 중요한 발전을 촉발할 수 있습니다.

새로운 실험 방법으로 연구원들은 처음으로 2D 재료의 스핀 구조를 조사합니다. Brown University 연구원이 이끄는 과학자 팀은 "매직 앵글" 그래핀의 스핀 구조를 관찰하여 해당 분야에서 오랜 장애물에 대한 해결 방법을 찾았습니다. 둘 중

프로비던스, 로드아일랜드 | 게시일: 12년 2023월 XNUMX일

방해가 되는 것은 과학자들이 전자의 스핀(물리적 우주의 모든 것에 구조를 부여하는 필수적인 행동)을 측정하는 일반적인 방법이 일반적으로 2D 재료에서는 작동하지 않는다는 것입니다. 이로 인해 재료를 완전히 이해하고 이를 기반으로 기술 발전을 추진하는 것이 엄청나게 어렵습니다. 그러나 브라운 대학교 연구진이 이끄는 과학자 팀은 이제 이 오랜 과제를 해결할 수 있는 방법이 있다고 믿습니다. 그들은 Nature Physics에 발표된 새로운 연구에서 그들의 해결책을 설명합니다.

이번 연구에서 산디아 국립 연구소(Sandia National Laboratories)의 통합 나노기술 센터(Center for Integrated Nanotechnologies)와 인스브루크 대학(University of Innsbruck)의 과학자들로 구성된 팀은 2D 물질에서 회전하는 전자와 들어오는 광자 사이의 직접적인 상호 작용을 보여주는 최초의 측정이라고 생각하는 것을 설명합니다. 마이크로파 방사선으로부터. 결합이라고 불리는 전자에 의한 마이크로파 광자의 흡수는 이러한 2D 양자 물질에서 전자가 어떻게 회전하는지에 대한 특성을 직접 연구하기 위한 새로운 실험 기술을 확립합니다. 연구자들에게.

스핀 구조는 양자 현상의 가장 중요한 부분이지만, 우리는 이러한 2D 재료에서 스핀 구조에 대한 직접적인 조사를 한 적이 없습니다.라고 브라운 대학교 물리학 조교수이자 연구의 수석 저자인 Jia Li가 말했습니다. “이러한 문제로 인해 우리는 지난 XNUMX년 동안 이 매혹적인 물질의 스핀을 이론적으로 연구할 수 없었습니다. 이제 이 방법을 사용하여 이전에 연구할 수 없었던 다양한 시스템을 연구할 수 있습니다.”

연구진은 "마법의 각도"로 뒤틀린 이중층 그래핀이라고 불리는 비교적 새로운 2D 재료에 대해 측정을 수행했습니다. 이 그래핀 기반 소재는 초박형 탄소층 두 장을 적층하고 직각으로 비틀어 새로운 이중층 구조를 저항이나 에너지 낭비 없이 전기가 흐르게 하는 초전도체로 변환함으로써 만들어진다. 2018년에 막 발견된 연구자들은 이 물질을 둘러싼 잠재력과 미스터리 때문에 이 물질에 집중했습니다.

연구를 이끈 브라운 대학의 Li 연구실 대학원생 Erin Morissette는 "2018년에 제기된 많은 주요 질문에 아직 답변이 나오지 않았습니다"라고 말했습니다.

물리학자들은 일반적으로 핵자기공명(NMR)을 사용하여 전자의 스핀을 측정합니다. 그들은 마이크로파 방사선을 사용하여 샘플 물질의 핵자기 특성을 여기시킨 다음 이 방사선이 유발하는 다양한 신호를 읽어 스핀을 측정함으로써 이를 수행합니다.

2D 재료의 문제점은 마이크로파 여기에 반응하는 전자의 자기 신호가 너무 작아서 감지할 수 없다는 것입니다. 연구팀은 즉흥적으로 결정했습니다. 전자의 자화를 직접적으로 감지하는 대신 브라운 대학의 분자 및 나노규모 혁신 연구소에서 제작한 장치를 사용하여 방사선으로 인한 자화 변화로 인해 발생하는 전자 저항의 미묘한 변화를 측정했습니다. 전자 전류 흐름의 이러한 작은 변화를 통해 연구자들은 장치를 사용하여 전자가 마이크로파 복사로부터 사진을 흡수하고 있음을 감지할 수 있었습니다.

연구자들은 실험을 통해 새로운 정보를 관찰할 수 있었습니다. 예를 들어, 연구팀은 광자와 전자 사이의 상호 작용으로 인해 시스템의 특정 부분에 있는 전자가 반강자성 시스템에서와 같이 동작하게 된다는 사실을 발견했습니다. 반대 방향으로 정렬됩니다.

2D 재료의 스핀을 연구하는 새로운 방법과 현재 발견은 현재의 기술에는 적용되지 않을 것이지만, 연구팀은 이 방법이 미래에 이어질 수 있는 잠재적인 응용을 보고 있습니다. 그들은 자신들의 방법을 꼬인 이중층 그래핀에 계속해서 적용할 계획이지만 다른 2D 재료로도 확장할 계획입니다.

Morissette는 “강하게 상관된 시스템에서 전자 질서의 중요한 부분에 접근하고 일반적으로 전자가 2D 재료에서 어떻게 행동할 수 있는지 이해하는 데 사용할 수 있는 매우 다양한 도구 세트입니다.”라고 말했습니다.

이 실험은 2021년 뉴멕시코의 통합 나노기술 센터에서 원격으로 수행되었습니다. 인스브루크 대학의 Mathias S. Scheurer는 결과 모델링 및 이해를 위한 이론적 지원을 제공했습니다. 이 연구에는 국립과학재단(National Science Foundation), 미국 국방부, 미국 에너지부 과학국(Office of Science)의 자금 지원이 포함되었습니다.

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연락처 :
후안 실리에자르
브라운 대학 (Brown University)
사무실 : 401-863-3766

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