Betraktas som en möjlig ersättning för kiselbaserade halvledare, grafen, ett ark rent kol, har upptäckts ha en ovanlig och häpnadsväckande egenskap som kan göra den bättre matchad för framtida elektroniska enheter.

Fysiker vid University of California, Berkeley, och Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) har funnit att stretchande grafen på ett specifikt sätt producerar nanobubblor, tvingar elektroner att bete sig som om ett starkt magnetfält rör dem.

Istället för att använda energiband, som i osträckt grafen, elektronerna i varje enskild nanobubbla sperat till kvantiserade energinivåer. "Energinivåerna är identiska med de som en elektron skulle uppta om den rör sig i cirklar i ett mycket starkt magnetfält; så högt som 300 tesla, som är större än något laboratorium kan producera utom i korta explosioner, "sa Michael Crommie, professor i fysik vid UC Berkeley och fakultetsforskare vid LBNL. "Detta ger oss ett nytt grepp om hur man kontrollerar hur elektroner rör sig i grafen, och därmed för att styra grafens elektroniska egenskaper, genom påfrestning. Genom att styra var elektronerna samlas och med vilken energi, du kan få dem att röra sig lättare eller mindre lätt genom grafen, i själva verket, kontrollera deras konduktivitet, optiska eller mikrovågsegenskaper. Kontroll av elektronrörelse är den viktigaste delen av någon elektronisk enhet. "

Medan jordens magnetfält vid marknivå är 31 mikrotesla, magnetresonansbildare använder magneter mindre än 10 tesla. Crommie och kollegor kommer att rapportera upptäckten i tidningen 30 juli Vetenskap .

Crommie är ivrig efter att använda den onormala egenskapen hos grafen för att undersöka hur elektroner fungerar i fält som, tills nu, inte har erhållits i laboratoriet, trots de tekniska konsekvenserna av upptäckten. "När du vrider upp ett magnetfält börjar du se mycket intressant beteende eftersom elektronerna snurrar i små cirklar, "sa han." Denna effekt ger oss ett nytt sätt att framkalla detta beteende, även i avsaknad av ett verkligt magnetfält. "

Bland de märkliga beteenden som observerats av elektroner i starka magnetfält är kvant Hall -effekten och den fraktionerade kvant Hall -effekten, när låga temperaturer också elektroner faller i kvantiserade energinivåer.

Upptäckt av en slump, den nya effekten hittades när en postdoktor vid UC Berkeley och studenter i Crommies laboratorium odlade grafen på ytan av en platinakristall. Ungefär som kycklingtråd, grafen är ett atom-tjockt ark med kolatomer arrangerade i ett sexkantigt mönster. När den odlas på platina, kolatomerna ligger inte i linje med metallytans triangulära kristallstruktur. detta, i tur och ordning, skapar ett töjningsmönster i grafen som om det drogs från tre olika riktningar.

"Stammen producerar små, förhöjda triangulära grafenbubblor 4 till 10 nanometer över vilka elektronerna upptar diskreta energinivåer snarare än de breda, kontinuerligt energiområde som tillåts av bandstrukturen för osträckt grafen. Detta nya elektroniska beteende detekterades spektroskopiskt genom att skanna tunnelmikroskopi. Dessa så kallade Landau-nivåer påminner om elektronernas kvantiserade energinivåer i atomens enkla Bohr-modell, "Sa Crommie.

Först förutspåddes för kolnanorör 1997 av Charles Kane och Eugene Mele från University of Pennsylvania, var utseendet på ett pseudomagnetiskt fält som svar på stam i grafen. Nanorör är bara en hoprullad form av grafen.

Dock, under det senaste året, Francisco Guinea från Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid i Spanien, Mikhael Katsnelson från Radboud University of Nijmegen, Nederländerna, och A. K. Geim från University of Manchester, England förutspådde en pseudokvantum Hall -effekt i ansträngd grafen. Detta är samma kvantisering som Crommies forskargrupp har observerat. Besökte Crommies laboratorium vid upptäckten, Boston University fysiker, Antonio Castro Neto, omedelbart insåg dataens konsekvenser. Efterföljande experiment bekräftade, det återspeglade pseudokvantum Hall -effekten som förutsagt.

"Teoretiker hakar ofta fast vid en idé och utforskar den teoretiskt redan innan experimenten görs, och ibland kommer de med förutsägelser som först verkar lite galna. Det som är så spännande nu är att vi har data som visar att dessa idéer inte är så galna, "Crommie sa." Observationen av dessa gigantiska pseudomagnetiska fält öppnar dörren till rumstemperaturens straintronik, "tanken på att använda mekaniska deformationer i grafen för att konstruera dess beteende för olika elektroniska apparapplikationer."

Crommie noterade också, de "pseudomagnetiska fälten" inuti nanobubblorna är tillräckligt höga för att energinivåerna ska separeras av hundratals millivolt, vilket är mycket högre än rumstemperatur. Även vid rumstemperatur, termiskt brus skulle inte störa denna effekt i grafen. Dock, nanobubbleexperimenten som utfördes i Crommies laboratorium utfördes vid mycket låga temperaturer.

Elektroner som rör sig i ett magnetfält skulle normalt cirkla runt fältlinjerna, men inom de ansträngda nanobubblorna, elektronerna cirklar i grafenarkets plan. Det är som om ett starkt magnetfält applicerades vinkelrätt mot arket, även när det inte finns något verkligt magnetfält. "Tydligen, "Crommie sa, "det pseudomagnetiska fältet påverkar bara elektroner i rörelse och inte andra egenskaper hos elektronen, som snurr, som påverkas av riktiga magnetfält. "