Z novo eksperimentalno metodo raziskovalci prvič raziskujejo spinsko strukturo v 2D materialih

11. maj 2023 (Nanowerk novice) Dve desetletji so fiziki poskušali neposredno manipulirati z vrtenjem elektronov v 2D materialih, kot je Graphene. To bi lahko sprožilo ključni napredek v rastočem svetu 2D elektronike, področju, kjer super hitre, majhne in prilagodljive elektronske naprave izvajajo izračune na podlagi kvantne mehanike. Na poti je to, da tipičen način, na katerega znanstveniki merijo vrtenje elektronov – bistveno vedenje, ki daje strukturo vsemu v fizičnem vesolju – običajno ne deluje v 2D materiali. Zaradi tega je neverjetno težko popolnoma razumeti materiale in pospešiti tehnološki napredek, ki temelji na njih. Toda ekipa znanstvenikov pod vodstvom raziskovalcev z Univerze Brown verjame, da ima zdaj rešitev za ta dolgoletni izziv. Svojo rešitev opisujejo v novi študiji, objavljeni v Naravna fizika ("Diracove oživitve povzročijo resonančni odziv v zvitem dvoslojnem grafenu"). V študiji raziskovalci opisujejo tisto, za kar verjamejo, da je prva meritev, ki prikazuje neposredno interakcijo med elektroni, ki se vrtijo v 2D materialu, in fotoni, ki prihajajo iz mikrovalovnega sevanja. (Slika: Jia Li, Univerza Brown) V študiji je ekipa – ki vključuje tudi znanstvenike iz Centra za integrirane nanotehnologije pri Sandia National Laboratories in Univerze v Innsbrucku – opisala tisto, za kar menijo, da je prva meritev, ki kaže neposredno interakcijo med elektroni, ki se vrtijo v 2D materialu, in fotoni, ki prihajajo iz mikrovalovnega sevanja. Absorpcija mikrovalovnih fotonov z elektroni, imenovana spajanje, vzpostavlja novo eksperimentalno tehniko za neposredno preučevanje lastnosti vrtenja elektronov v teh 2D kvantnih materialih – tisto, ki bi lahko služila kot temelj za razvoj računalniških in komunikacijskih tehnologij, ki temeljijo na teh materialih, glede na raziskovalcem. "Spinska struktura je najpomembnejši del kvantnega pojava, vendar nikoli nismo imeli neposredne sonde za to v teh 2D materialih," je dejal Jia Li, docent za fiziko na Brownu in višji avtor raziskave. »Ta izziv nam je zadnji dve desetletji onemogočil teoretično proučevanje vrtenja v tem fascinantnem materialu. Zdaj lahko to metodo uporabimo za preučevanje številnih različnih sistemov, ki jih prej nismo mogli preučevati.« Raziskovalci so opravili meritve na razmeroma novem 2D materialu, imenovanem "magic-angle" zvit dvoslojni grafen. Ta material na osnovi grafena nastane, ko sta dva lista ultratankih plasti ogljika zložena in zasukana pod pravim kotom, s čimer se novo dvoslojno strukturo pretvori v superprevodnik, ki omogoča pretok električne energije brez upora ali izgube energije. Raziskovalci so se osredotočili na gradivo, ki so ga pravkar odkrili leta 2018 zaradi potenciala in skrivnosti, ki ga obdajata. "Veliko glavnih vprašanj, ki so bila zastavljena leta 2018, še vedno nimajo odgovora," je povedala Erin Morissette, podiplomska študentka v Lijevem laboratoriju v Brownu, ki je vodila delo. Fiziki običajno uporabljajo jedrsko magnetno resonanco ali NMR za merjenje vrtenja elektronov. To naredijo tako, da z mikrovalovnim sevanjem vzbudijo jedrske magnetne lastnosti v vzorčnem materialu in nato preberejo različne znake, ki jih to sevanje povzroči za merjenje vrtenja. Izziv pri 2D materialih je, da je magnetni podpis elektronov kot odziv na mikrovalovno vzbujanje premajhen, da bi ga zaznali. Raziskovalna skupina se je odločila improvizirati. Namesto da bi neposredno zaznali magnetizacijo elektronov, so izmerili subtilne spremembe elektronskega upora, ki so jih povzročile spremembe magnetizacije zaradi sevanja z uporabo naprave, izdelane na Inštitutu za molekularne in nanometrske inovacije pri Brownu. Te majhne razlike v pretoku elektronskih tokov so raziskovalcem omogočile uporabo naprave za odkrivanje, da elektroni absorbirajo fotografije iz mikrovalovnega sevanja. Raziskovalci so lahko opazili nove informacije iz poskusov. Ekipa je na primer opazila, da so se zaradi interakcij med fotoni in elektroni elektroni v določenih delih sistema obnašali tako, kot bi se v antiferomagnetnem sistemu – kar pomeni, da je magnetizem nekaterih atomov izničil niz magnetnih atomov, ki so poravnana v obratni smeri. Nova metoda za preučevanje vrtenja v 2D materialih in trenutne ugotovitve ne bodo uporabne za današnjo tehnologijo, vendar raziskovalna skupina vidi potencialne aplikacije, do katerih bi lahko metoda vodila v prihodnosti. Načrtujejo, da bodo svojo metodo še naprej uporabljali za zvit dvoslojni grafen, vendar jo bodo razširili tudi na druge 2D materiale. "To je resnično raznolik nabor orodij, ki ga lahko uporabimo za dostop do pomembnega dela elektronskega reda v teh močno koreliranih sistemih in na splošno za razumevanje, kako se lahko elektroni obnašajo v 2D materialih," je dejal Morissette. Poskus so na daljavo izvedli leta 2021 v Centru za integrirane nanotehnologije v Novi Mehiki. Mathias S.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoAiStream. Podatkovna inteligenca Web3. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• Kovanje prihodnosti z Adryenn Ashley. Dostopite tukaj.
• Kupujte in prodajajte delnice podjetij pred IPO s PREIPO®. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62979.php