Nanotechnologia Now – Komunikat prasowy: Dzięki nowej metodzie eksperymentalnej naukowcy po raz pierwszy badają strukturę spinową w materiałach 2D: obserwując strukturę spinową w grafenie pod „magicznym kątem” zespół naukowców pod przewodnictwem badaczy z Brown University od dawna znalazł obejście -stojąca blokada drogi w polu dwóch

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Strona główna > Naciśnij przycisk > Dzięki nowej metodzie eksperymentalnej badacze po raz pierwszy badają strukturę spinu w materiałach 2D: obserwując strukturę spinu w grafenie pod „magicznym kątem” zespół naukowców pod kierownictwem badaczy z Brown University znalazł obejście utrzymującej się od dawna przeszkody w pole dwójki

Obserwując strukturę spinową grafenu pod kątem „magicznego kąta”, zespół naukowców pod kierownictwem badaczy z Brown University znalazł obejście utrzymującej się od dawna przeszkody w dziedzinie elektroniki dwuwymiarowej. KREDYT Jia Li/Uniwersytet Browna

Abstrakcyjny:
Przez dwie dekady fizycy próbowali bezpośrednio manipulować spinem elektronów w materiałach 2D, takich jak grafen. Może to zapoczątkować kluczowe postępy w rozwijającym się świecie elektroniki 2D – dziedzinie, w której superszybkie, małe i elastyczne urządzenia elektroniczne wykonują obliczenia w oparciu o mechanikę kwantową.

Dzięki nowej metodzie eksperymentalnej naukowcy po raz pierwszy badają strukturę spinową w materiałach 2D: obserwując strukturę spinową w grafenie o „magicznym kącie”, zespół naukowców kierowany przez badaczy z Brown University znalazł obejście długotrwałej blokady w tej dziedzinie z dwóch

Providence, RI | Opublikowano 12 maja 2023 r

Na przeszkodzie stoi fakt, że typowy sposób, w jaki naukowcy mierzą spin elektronów – podstawowe zachowanie, które nadaje strukturę wszystkiemu we wszechświecie fizycznym – zwykle nie sprawdza się w przypadku materiałów 2D. To sprawia, że niezwykle trudno jest w pełni zrozumieć materiały i w oparciu o nie napędzać postęp technologiczny. Jednak zespół naukowców pod przewodnictwem badaczy z Brown University wierzy, że teraz ma sposób na pokonanie tego długotrwałego wyzwania. Opisują swoje rozwiązanie w nowym badaniu opublikowanym w Nature Physics.

W badaniu zespół — w skład którego wchodzą także naukowcy z Centrum Zintegrowanych Nanotechnologii w Laboratoriach Krajowych Sandia i Uniwersytetu w Innsbrucku — opisuje, według nich, pierwszy pomiar pokazujący bezpośrednią interakcję między elektronami wirującymi w materiale 2D a nadchodzącymi fotonami od promieniowania mikrofalowego. Absorpcja fotonów mikrofalowych przez elektrony, zwana sprzężeniem, ustanawia nowatorską technikę eksperymentalną umożliwiającą bezpośrednie badanie właściwości wirowania elektronów w dwuwymiarowych materiałach kwantowych, która może posłużyć za podstawę do opracowania technologii obliczeniowych i komunikacyjnych opartych na tych materiałach, według badaczom.

„Struktura spinowa jest najważniejszą częścią zjawiska kwantowego, ale tak naprawdę nigdy nie mieliśmy bezpośredniej sondy do jej badania w materiałach 2D” – powiedziała Jia Li, adiunkt fizyki w Brown i główny autor badania. „To wyzwanie uniemożliwiało nam teoretyczne badanie spinu w tym fascynującym materiale przez ostatnie dwie dekady. Możemy teraz używać tej metody do badania wielu różnych systemów, których wcześniej nie mogliśmy badać”.

Naukowcy dokonali pomiarów na stosunkowo nowym materiale 2D zwanym skręconym dwuwarstwowym grafenem pod „magicznym kątem”. Ten materiał na bazie grafenu powstaje, gdy dwa arkusze ultracienkich warstw węgla są ułożone w stos i skręcone pod odpowiednim kątem, przekształcając nową dwuwarstwową strukturę w nadprzewodnik, który umożliwia przepływ prądu bez oporu i strat energii. Odkryty dopiero w 2018 roku badacze skupili się na materiale ze względu na otaczający go potencjał i tajemnicę.

„Na wiele głównych pytań, które zostały postawione w 2018 r., wciąż nie ma odpowiedzi” – powiedziała Erin Morissette, doktorantka w laboratorium Li w Brown, która kierowała pracą.

Fizycy zwykle używają jądrowego rezonansu magnetycznego lub NMR do pomiaru spinu elektronów. Robią to poprzez wzbudzenie jądrowych właściwości magnetycznych w próbce za pomocą promieniowania mikrofalowego, a następnie odczytanie różnych sygnatur powodowanych przez to promieniowanie w celu pomiaru spinu.

Wyzwanie związane z materiałami 2D polega na tym, że sygnatura magnetyczna elektronów w odpowiedzi na wzbudzenie mikrofalowe jest zbyt mała, aby można ją było wykryć. Zespół badawczy zdecydował się na improwizację. Zamiast bezpośrednio wykrywać namagnesowanie elektronów, za pomocą urządzenia wyprodukowanego w Instytucie Innowacji Molekularnych i Nanoskali w Brown zmierzyli subtelne zmiany w oporności elektronowej, które były spowodowane zmianami w namagnesowaniu pod wpływem promieniowania. Te niewielkie zmiany w przepływie prądów elektronicznych umożliwiły naukowcom wykorzystanie urządzenia do wykrycia, że elektrony absorbują zdjęcia z promieniowania mikrofalowego.

Naukowcy byli w stanie zaobserwować nowe informacje z eksperymentów. Zespół zauważył na przykład, że interakcje między fotonami i elektronami powodują, że elektrony w niektórych sekcjach układu zachowują się tak, jak w układzie antyferromagnetycznym, co oznacza, że magnetyzm niektórych atomów został zniesiony przez zestaw atomów magnetycznych, które są ustawione w odwrotnym kierunku.

Nowa metoda badania spinu w materiałach 2D oraz obecne odkrycia nie będą miały dziś zastosowania w technologii, ale zespół badawczy dostrzega potencjalne zastosowania, do których ta metoda może doprowadzić w przyszłości. Planują w dalszym ciągu stosować swoją metodę do skręconego dwuwarstwowego grafenu, ale także rozszerzyć ją na inne materiały 2D.

„To naprawdę zróżnicowany zestaw narzędzi, którego możemy użyć, aby uzyskać dostęp do ważnej części porządku elektronicznego w tych silnie skorelowanych systemach i ogólnie zrozumieć, jak elektrony mogą zachowywać się w materiałach 2D” – powiedział Morissette.

Eksperyment przeprowadzono zdalnie w 2021 roku w Centrum Zintegrowanych Nanotechnologii w Nowym Meksyku. Mathias S. Scheurer z Uniwersytetu w Innsbrucku zapewnił wsparcie teoretyczne w zakresie modelowania i zrozumienia wyników. Prace objęły finansowanie ze strony National Science Foundation, Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych i Biura Naukowego Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych.

####

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Juana Siliezara
Brown University
Biuro: 401-863-3766

Prawa autorskie © Uniwersytet Browna

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka: