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《自然》:在天然石墨烯中发现了新的量子效应

前瞻网    2021-10-08 11:37

 

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通常,一种材料的电阻很大程度上取决于其物理尺寸和基本属性。但是在特殊情况下,这种电阻可以采用一个独立于基本属性的固定值,并且是“量化”的(意味着它以离散的步骤而不是连续的方式变化)。这种电阻的量化通常发生在强磁场和低温度的环境下,并且是电子以二维方式移动的时候。现在,哥廷根大学领导的一个研究小组已经成功在低温且几乎完全没有磁场的情况下,在天然的双层石墨烯(只有两个原子厚)中展示了这种效应。这项研究的结果已经发表在《自然》杂志上。

研究团队使用了天然的双层石墨烯。精致的石墨烯薄片利用标准的微加工技术进行接触,薄片被定位,使其像桥梁一样自由悬挂,边缘由两个金属触点固定。在极其干净的双层石墨烯中发现在低温下的电阻定量和几乎无法检测的磁场。此外,电流的流动没有任何能量损失。其原因是一种磁力的形式,它不是以传统磁体中看到的一般方式所产生(即通过电子的内在磁矩的排列),而是由石墨烯双层中带电粒子本身运动产生的。

研究人员表示,这些粒子产生了它们自己的固有磁场,这导致了电阻的量化。这种效应之所以特殊,不仅仅是因为它只需要一个电场,而且还因为它以八个不同的版本出现,可以通过应用磁场和电场来控制。该效应可以被打开和关闭,带电粒子的运动方向可以被逆转。

研究人员认为,这个发现揭示了石墨烯可能的应用实例,例如,在自旋电子学领域开发创新的计算机组件,可能对数据存储产生影响。此外,研究能在一个由简单和自然发生的材料组成系统中显示这种效应,这是一个优势。这与最近流行的“异质结构”形成了鲜明的对比,不需要不同材料复杂而精确的组成。

基于目前发现,还需要进一步研究,需要找到在更高温度下稳定它的方法,因为目前研究只在绝对零度以上五度发生。

题为“Quantum anomalous Hall octet driven by orbital magnetism in bilayer graphene”的相关研究论文发表在《自然》杂志上。

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责任编辑: 4150ZYN

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