За допомогою нового експериментального методу дослідники вперше досліджують спінову структуру в 2D-матеріалах

11 травня 2023 (Новини Nanowerk) Протягом двох десятиліть фізики намагалися безпосередньо маніпулювати обертанням електронів у двовимірних матеріалах, таких як графен. Це може стати поштовхом до ключових досягнень у світі двовимірної електроніки, що розвивається, галузі, де надшвидкісні, маленькі та гнучкі електронні пристрої виконують обчислення на основі квантової механіки. На заваді є те, що типовий спосіб, за допомогою якого вчені вимірюють спін електронів — істотну поведінку, яка надає структуру всьому фізичному Всесвіту — зазвичай не працює в 2D матеріали. Це неймовірно ускладнює повне розуміння матеріалів і просування вперед технологічного прогресу на їх основі. Але команда вчених під керівництвом дослідників Університету Брауна вважає, що тепер у них є спосіб подолати цю давню проблему. Вони описують своє рішення в новому дослідженні, опублікованому в Фізика природи («Відродження Дірака викликають резонансний відгук у скрученому двошаровому графені»). У дослідженні дослідники описують те, що, на їхню думку, є першим вимірюванням, яке демонструє пряму взаємодію між електронами, що обертаються у двовимірному матеріалі, та фотонами, що надходять від мікрохвильового випромінювання. (Зображення: Цзя Лі, Університет Брауна) У дослідженні команда, до якої також входять вчені з Центру інтегрованих нанотехнологій Національної лабораторії Сандіа та Університету Інсбрука, описує те, що, на їхню думку, є першим вимірюванням, яке демонструє пряму взаємодію між електрони, що обертаються в двовимірному матеріалі, і фотони, що надходять від мікрохвильового випромінювання. Поглинання мікрохвильових фотонів електронами, яке називається зв’язком, встановлює нову експериментальну техніку для безпосереднього вивчення властивостей обертання електронів у цих двовимірних квантових матеріалах — таку, яка може стати основою для розробки обчислювальних і комунікаційних технологій на основі цих матеріалів, відповідно до дослідникам. «Спінова структура є найважливішою частиною квантового явища, але у нас ніколи не було прямого дослідження її в цих 2D-матеріалах», — сказав Цзя Лі, доцент кафедри фізики в Брауні та старший автор дослідження. «Цей виклик заважав нам теоретично вивчати обертання в цьому захоплюючому матеріалі протягом останніх двох десятиліть. Тепер ми можемо використовувати цей метод для вивчення багатьох різних систем, які ми не могли вивчати раніше». Дослідники провели вимірювання на відносно новому двовимірному матеріалі під назвою «магічний кут» скручений двошаровий графен. Цей матеріал на основі графену створюється, коли два аркуші ультратонких шарів вуглецю складаються та скручуються під потрібним кутом, перетворюючи нову двошарову структуру на надпровідник, який дозволяє електриці протікати без опору чи втрати енергії. Щойно виявлений у 2018 році дослідники зосередилися на матеріалі через потенціал і таємницю навколо нього. «На багато головних запитань, які були поставлені в 2018 році, досі немає відповідей», — сказала Ерін Моріссетт, аспірантка лабораторії Лі в Брауні, яка керувала роботою. Фізики зазвичай використовують ядерний магнітний резонанс або ЯМР для вимірювання обертання електронів. Вони роблять це шляхом збудження ядерно-магнітних властивостей у зразку матеріалу за допомогою мікрохвильового випромінювання, а потім зчитування різних сигнатур, які викликає це випромінювання, для вимірювання спіну. Проблема з 2D-матеріалами полягає в тому, що магнітна сигнатура електронів у відповідь на мікрохвильове збудження надто мала для виявлення. Дослідницька група вирішила імпровізувати. Замість того, щоб безпосередньо виявляти намагніченість електронів, вони вимірювали тонкі зміни в електронному опорі, які були спричинені змінами намагніченості від випромінювання за допомогою пристрою, виготовленого в Інституті молекулярних і нанорозмірних інновацій у Брауні. Ці невеликі зміни в потоці електронних струмів дозволили дослідникам використовувати пристрій для виявлення того, що електрони поглинають фотографії з мікрохвильового випромінювання. Дослідники змогли отримати нову інформацію з експериментів. Команда помітила, наприклад, що взаємодія між фотонами та електронами змусила електрони в певних частинах системи поводитися так, як вони поводилися б у антиферомагнітній системі, тобто магнетизм деяких атомів нівелювався набором магнітних атомів, які вирівняні у зворотному напрямку. Новий метод вивчення обертання в 2D-матеріалах і поточні відкриття не будуть застосовні до технологій сьогодні, але дослідницька група бачить потенційні застосування цього методу в майбутньому. Вони планують продовжувати застосовувати свій метод до крученого двошарового графену, а також розширити його на інші 2D-матеріали. «Це дійсно різноманітний набір інструментів, який ми можемо використовувати для доступу до важливої ​​частини електронного порядку в цих сильно корельованих системах і загалом для розуміння того, як електрони можуть поводитися в 2D-матеріалах», — сказав Моріссетт. Експеримент провели дистанційно у 2021 році в Центрі інтегрованих нанотехнологій у Нью-Мексико. Матіас С.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• Купуйте та продавайте акції компаній, які вийшли на IPO, за допомогою PREIPO®. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62979.php