Cu o nouă metodă experimentală, cercetătorii cercetează pentru prima dată structura spinului în materiale 2D

11 mai 2023 (Știri Nanowerk) Timp de două decenii, fizicienii au încercat să manipuleze direct spinul electronilor în materiale 2D precum grafen. Acest lucru ar putea provoca progrese cheie în lumea în plină dezvoltare a electronicii 2D, un domeniu în care dispozitivele electronice super-rapide, mici și flexibile efectuează calcule bazate pe mecanica cuantică. Starea în cale este că modul obișnuit în care oamenii de știință măsoară spinul electronilor - un comportament esențial care dă totul în universul fizic structura sa -, de obicei, nu funcționează. Materiale 2D. Acest lucru face incredibil de dificil să înțelegem pe deplin materialele și să propulsezi progresele tehnologice bazate pe acestea. Dar o echipă de oameni de știință condusă de cercetătorii de la Universitatea Brown consideră că acum au o cale de a evita această provocare de lungă durată. Ei își descriu soluția într-un nou studiu publicat în Fizica naturii („Renașterile Dirac generează un răspuns de rezonanță în grafen cu două straturi răsucite”). În cadrul studiului, cercetătorii descriu ceea ce cred ei a fi prima măsurătoare care arată interacțiunea directă între electronii care se rotesc într-un material 2D și fotonii proveniți din radiația cu microunde. (Imagine: Jia Li, Universitatea Brown) În studiu, echipa – care include și oameni de știință de la Centrul pentru Nanotehnologii Integrate de la Laboratoarele Naționale Sandia și de la Universitatea din Innsbruck – descrie ceea ce consideră ei a fi prima măsurătoare care arată interacțiunea directă între electroni care se rotesc într-un material 2D și fotoni care provin din radiația cu microunde. Denumită cuplare, absorbția fotonilor cu microunde de către electroni stabilește o nouă tehnică experimentală pentru studierea directă a proprietăților modului în care electronii se rotesc în aceste materiale cuantice 2D - una care ar putea servi drept fundație pentru dezvoltarea tehnologiilor computaționale și comunicaționale bazate pe acele materiale, potrivit către cercetători. „Structura de spin este cea mai importantă parte a unui fenomen cuantic, dar nu am avut niciodată o sondă directă pentru aceasta în aceste materiale 2D”, a spus Jia Li, profesor asistent de fizică la Brown și autor principal al cercetării. „Această provocare ne-a împiedicat să studiem teoretic spin-ul în acest material fascinant în ultimele două decenii. Acum putem folosi această metodă pentru a studia o mulțime de sisteme diferite pe care nu le-am putea studia înainte.” Cercetătorii au făcut măsurătorile pe un material 2D relativ nou numit grafen bistrat răsucit „în unghi magic”. Acest material pe bază de grafen este creat atunci când două foi de straturi ultrasubțiri de carbon sunt stivuite și răsucite exact la unghiul potrivit, transformând noua structură cu două straturi într-un supraconductor care permite curentului electric fără rezistență sau risipă de energie. Tocmai descoperite în 2018, cercetătorii s-au concentrat asupra materialului din cauza potențialului și a misterului care îl înconjoară. „Multe dintre întrebările majore care au fost puse în 2018 încă nu au primit răspuns”, a spus Erin Morissette, studentă absolventă în laboratorul lui Li la Brown, care a condus lucrarea. Fizicienii folosesc de obicei rezonanța magnetică nucleară sau RMN pentru a măsura spinul electronilor. Ei fac acest lucru prin excitarea proprietăților magnetice nucleare dintr-un material de probă folosind radiații cu microunde și apoi citind diferitele semnături pe care această radiație le provoacă pentru a măsura spinul. Provocarea materialelor 2D este că semnătura magnetică a electronilor ca răspuns la excitația cu microunde este prea mică pentru a fi detectată. Echipa de cercetare a decis să improvizeze. În loc să detecteze în mod direct magnetizarea electronilor, ei au măsurat modificări subtile ale rezistenței electronice, care au fost cauzate de modificările magnetizării de la radiație, folosind un dispozitiv fabricat la Institutul pentru Inovare Moleculară și Nanoscală de la Brown. Aceste mici variații ale fluxului de curent electronic au permis cercetătorilor să folosească dispozitivul pentru a detecta că electronii absorb fotografiile din radiația cu microunde. Cercetătorii au putut observa informații noi din experimente. Echipa a observat, de exemplu, că interacțiunile dintre fotoni și electroni au făcut ca electronii din anumite secțiuni ale sistemului să se comporte așa cum ar fi într-un sistem antiferomagnetic - ceea ce înseamnă că magnetismul unor atomi a fost anulat de un set de atomi magnetici care sunt aliniat în sens invers. Noua metodă de studiere a spinului în materiale 2D și descoperirile actuale nu vor fi aplicabile tehnologiei de astăzi, dar echipa de cercetare vede potențiale aplicații la care metoda ar putea duce în viitor. Ei intenționează să continue să aplice metoda lor la grafenul cu două straturi răsucite, dar și să o extindă la alt material 2D. „Este un set de instrumente foarte divers pe care îl putem folosi pentru a accesa o parte importantă a ordinii electronice în aceste sisteme puternic corelate și, în general, pentru a înțelege cum se pot comporta electronii în materialele 2D”, a spus Morissette. Experimentul a fost efectuat de la distanță în 2021 la Centrul pentru Nanotehnologii Integrate din New Mexico. Mathias S.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Mintând viitorul cu Adryenn Ashley. Accesați Aici.
• Cumpărați și vindeți acțiuni în companii PRE-IPO cu PREIPO®. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62979.php