Grafen wciąż zaskakuje

Odkryto nowy efekt kwantowy w naturalnym grafenie. Pozwoli na rozwój spintroniki

W grafenie występującym w przyrodzie odkryto nowy efekt kwantowy. Jakie będą konsekwencje tej obserwacji?

Zgodnie z obowiązującymi prawami fizyki, opór elektryczny materiału zależy od jego podstawowych właściwości i wymiarów. Czasami opór może przyjąć stałą wartość, niezależną od innych czynników – jest ona skwantowana, co oznacza, że zmienia się w niewielkich porcjach, a nie w sposób ciągły. Takie zjawisko obserwujemy zazwyczaj w silnym polu magnetycznym i niskich temperaturach.

Teraz naukowcy z Uniwersytetu w Getyndze zademonstrowali efekt kwantowy przy niskich temperaturach, ale niemal całkowitym braku pola magnetycznego. Udało się tego dokonać w cienkiej warstwie grafenu, a wyniki badań opublikowano w Nature.

Efekt kwantowy na zawołanie

Uczeni użyli dwuwarstwowego grafenu, który swobodnie występuje w przyrodzie. Okazało się, że materiał ten wykazuje kwantyzację oporu elektrycznego w niskich temperaturach i prawie zerowym polu magnetycznym. Co więcej – prąd elektryczny płynie przez materiał praktycznie bez strat energii. Jest to konsekwencją rodzaju zaobserwowanego magnetyzmu, który pochodzi z ruchu naładowanych cząstek w samej podwójnej warstwie grafenu.

Cząsteczki generują swoje własne wewnętrzne pole magnetyczne, co prowadzi do kwantyzacji oporu elektrycznego.

prof. Thomas Weitz z Uniwersytetu w Getyndze

Nowo zaobserwowany efekt jest wyjątkowy nie tylko dlatego, że wymaga jedynie pola elektrycznego, ale zapewnia wysoki stopień kontroli. Może być włączany i wyłączany na zawołanie, a kierunek ruchu naładowanych cząstek być odwracany.

Jest to interesujący kandydat do potencjalnych zastosowań, np. w rozwoju innowacyjnych komponentów związanych ze spintroniką, co może mieć wpływ na przechowywanie danych.

Ponadto, zaletą jest to, że możemy pokazać ten efekt w systemie składającym się z prostego i naturalnie występującego materiału. Jest to wyraźny kontrast w stosunku do popularnych ostatnio „heterostruktur”, które wymagają skomplikowanej i precyzyjnej kompozycji różnych materiałów. Najpierw jednak efekt musi być dalej badany i należy znaleźć sposoby na jego stabilizację w wyższych temperaturach, ponieważ obecnie występuje on tylko w temperaturze do pięciu stopni powyżej zera bezwzględnego.

prof. Thomas Weitz