科学家在天然的双层石墨烯中发现新量子效应

产业资讯 量科网 2021-10-08 21:30

通常情况下,材料的电阻很大程度上取决于其物理尺寸和基本特性。然而,在特殊情况下,电阻可以是独立于基本材料特性并“量子化”的固定值(意味着它以离散步骤变化而不是进行连续变化)。当电子以二维方式移动时,电阻的这种量子化通常发生在强磁场中和非常低的温度下。

现在,由哥延根大学领导的一个国际研究小组成功的证明了这种效应,研究人员发现在天然存在的只有两个原子厚的双层石墨烯中几乎完全没有磁场。该研究成果已发表在近期的《自然》杂志上。

来自哥延根大学、慕尼黑大学和德克萨斯大学达拉斯分校的国际团队使用了天然的两层石墨烯。精细的石墨烯薄片使用标准的微加工技术接触,薄片的位置使其像桥一样自由悬挂,边缘由两个金属触点固定。极其干净的双层石墨烯在低温和几乎检测不到的磁场下显示出电阻的量子化。

此外,电流在流动时没有任何能量损失。其原因是由于一种磁性形式,它不是以常规磁铁中常见的方式(即通过电子的固有磁矩的排列)产生的,而是通过双层石墨烯本身带电粒子的运动产生的。

这种效应之所以特殊,不仅是因为它只需要一个电场,还在于它以八种不同的形式出现,可以通过施加的磁场和电场进行控制。这导致能进行高级的控制,因为可以打开和关闭这种效应,并且可以反转带电粒子的运动方向。

哥廷根大学物理研究所Thomas Weitz教授说:“这使它成为一些潜在应用的一个非常有趣的候选者,例如,在自旋电子学领域的创新计算机组件开发中,这可能还会对数据存储产生影响。此外,我们可以在简单且天然存在的材料系统中展示这种效应也是一个优势。这与最近流行的异质结构材料形成鲜明的对比。”

然而,必须对这种量子效应进行进一步研究,以寻找能在较高温度下被发现的新方法。因为目前它仅在绝对零度以上5度的温度中发生。(编译:Qtech)