Нанотехнологии сейчас - Пресс-релиз: с помощью нового экспериментального метода исследователи впервые исследуют спиновую структуру в 2D-материалах: наблюдая спиновую структуру в «магическом угле» графена, группа ученых во главе с исследователями из Университета Брауна давно нашла обходной путь -постоянный блокпост в поле двух

Переиздано Платоном

Читают: 0

Главная > Нажмите > С помощью нового экспериментального метода исследователи впервые исследуют спиновую структуру в двумерных материалах: наблюдая спиновую структуру в графене с «магическим углом», группа ученых во главе с исследователями из Университета Брауна нашла обходной путь для давнего препятствия в поле из двух

Наблюдая за спиновой структурой графена с «магическим углом», группа ученых во главе с исследователями из Университета Брауна нашла обходной путь для давнего препятствия в области двумерной электроники. КРЕДИТ Цзя Ли/Университет Брауна

Абстрактные:
В течение двух десятилетий физики пытались напрямую манипулировать спином электронов в двумерных материалах, таких как графен. Это может привести к ключевым достижениям в растущем мире 2D-электроники, области, в которой сверхбыстрые, маленькие и гибкие электронные устройства выполняют вычисления на основе квантовой механики.

С помощью нового экспериментального метода исследователи впервые исследуют спиновую структуру в двумерных материалах: наблюдая спиновую структуру в графене с «магическим углом», группа ученых во главе с исследователями из Университета Брауна нашла обходной путь для давнего препятствия в этой области. из двух

Провиденс, Род-Айленд | Опубликовано 12 мая 2023 г.

На пути стоит то, что типичный способ, которым ученые измеряют спин электронов — существенное поведение, которое придает всему в физической вселенной его структуру — обычно не работает в 2D-материалах. Это невероятно затрудняет полное понимание материалов и продвижение технологических достижений на их основе. Но группа ученых во главе с исследователями из Университета Брауна считает, что теперь у них есть способ решить эту давнюю проблему. Они описывают свое решение в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics.

В исследовании команда, в которую также входят ученые из Центра интегрированных нанотехнологий в Сандийских национальных лабораториях и Университета Инсбрука, описывают то, что они считают первым измерением, показывающим прямое взаимодействие между электронами, вращающимися в двумерном материале, и фотонами. от микроволнового излучения. Поглощение микроволновых фотонов электронами, называемое связью, устанавливает новый экспериментальный метод для непосредственного изучения свойств вращения электронов в этих двумерных квантовых материалах, который может служить основой для разработки вычислительных и коммуникационных технологий на основе этих материалов. исследователям.

«Спиновая структура — самая важная часть квантового явления, но у нас никогда не было прямого исследования этого в этих 2D-материалах», — сказал Цзя Ли, доцент кафедры физики Брауна и старший автор исследования. «Эта проблема мешала нам теоретически изучать вращение этого удивительного материала в течение последних двух десятилетий. Теперь мы можем использовать этот метод для изучения множества различных систем, которые раньше не могли изучать».

Исследователи провели измерения на относительно новом двумерном материале, называемом скрученным двухслойным графеном под «магическим углом». Этот материал на основе графена создается, когда два листа ультратонких слоев углерода складываются и скручиваются под прямым углом, превращая новую двухслойную структуру в сверхпроводник, который позволяет электричеству течь без сопротивления или потери энергии. Только что обнаруженный в 2 году, исследователи сосредоточились на материале из-за потенциала и загадочности, окружающих его.

«На многие основные вопросы, которые были заданы в 2018 году, еще предстоит ответить», — сказала Эрин Мориссетт, аспирант лаборатории Ли в Брауне, которая руководила работой.

Физики обычно используют ядерный магнитный резонанс или ЯМР для измерения спина электронов. Они делают это, возбуждая ядерные магнитные свойства в материале образца с помощью микроволнового излучения, а затем считывая различные сигнатуры, которые это излучение вызывает, для измерения спина.

Проблема с двумерными материалами заключается в том, что магнитная сигнатура электронов в ответ на микроволновое возбуждение слишком мала для обнаружения. Исследовательская группа решила импровизировать. Вместо непосредственного обнаружения намагниченности электронов они измерили тонкие изменения электронного сопротивления, которые были вызваны изменениями намагниченности под действием излучения, с помощью устройства, изготовленного в Институте молекулярных и наномасштабных инноваций в Брауне. Эти небольшие изменения в потоке электронных токов позволили исследователям использовать устройство для обнаружения того, что электроны поглощают фотографии из микроволнового излучения.

Исследователи смогли получить новую информацию из экспериментов. Команда заметила, например, что взаимодействия между фотонами и электронами заставляют электроны в определенных участках системы вести себя так, как если бы они вели себя в антиферромагнитной системе — это означает, что магнетизм некоторых атомов нейтрализуется набором магнитных атомов, которые взаимодействуют друг с другом. выровнены в обратном направлении.

Новый метод изучения вращения в 2D-материалах и текущие результаты сегодня не применимы к технологиям, но исследовательская группа видит потенциальные приложения, к которым этот метод может привести в будущем. Они планируют продолжить применять свой метод к скрученному двухслойному графену, а также расширить его на другие 2D-материалы.

«Это действительно разнообразный набор инструментов, который мы можем использовать для доступа к важной части электронного порядка в этих сильно коррелированных системах и в целом для понимания того, как электроны могут вести себя в 2D-материалах», — сказал Мориссетт.

Эксперимент был проведен дистанционно в 2021 году в Центре интегрированных нанотехнологий в Нью-Мексико. Матиас С. Шойрер из Университета Инсбрука предоставил теоретическую поддержку для моделирования и понимания результата. Работа включала финансирование Национального научного фонда, Министерства обороны США и Управления науки Министерства энергетики США.

####

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмите здесь

Контактная информация:
Хуан Силиезар
Университет Брауна
Офис: 401-863-3766

Авторское право © Университет Брауна

Если у вас есть комментарий, пожалуйста Контакты нас.

Издатели новостных выпусков, а не 7th Wave, Inc. или Nanotechnology Now, несут единоличную ответственность за точность содержания.

Закладка: