Elektroner i grafen - en atomtunn, flexibel och otroligt stark substans som fångat fantasin hos både materialvetare och fysiker - rör sig med ljusets hastighet, och bete sig som om de inte har någon massa. Nu, forskare vid Washington University i St. Louis har visat hur man ser interaktioner mellan många partiklar i grafen med hjälp av infrarött ljus. Forskningen kommer att presenteras vid American Physical Society -mötet den här veckan i Los Angeles.

Djupt i underkällaren nedanför Washington Universitys historiska Crow Hall, ett forskargrupp som leds av Erik Henriksen, biträdande professor i fysik i konst och vetenskap, utför sitt arbete i ett specialbyggt kärl som svalnat till några grader över absolut noll. De använder en liten bit av grafen som ligger mellan två bor-nitridkristaller och placeras ovanpå en kiselskiva; cirka 16 mikron lång, hela materialbunten är mindre än en sjättedel av storleken på ett människohår.

"Här har vi konstruerat ett system som smalt fokuserar infrarött ljus ner till provet, som är inuti en stor magnet och vid mycket låg temperatur, "Sa Henriksen." Det gör att vi bokstavligen kan tända en ficklampa på den, och utforska dess elektroniska egenskaper genom att se vilka ljusfärger som absorberas. "

Graphene har skapat mycket spänning i materialvetenskapliga forskarsamhället på grund av dess potentiella applikationer i batterier, solenergiceller, pekskärmar och mer. Men fysiker är mer intresserade av grafen på grund av dess ovanliga elektronstruktur, under vilka dess elektroner beter sig som relativistiska partiklar.

Under normala förhållanden, elektroner stöter alltid varandra ömsesidigt. Henriksen och hans team studerar hur detta beteende förändras när elektronerna verkar inte ha någon massa.

Genom att samla in samtidiga mätningar av optiska och elektroniska egenskaper i närvaro av ett högt magnetfält, forskarna kunde spåra rörelsen av laddade partiklar mellan banor med diskreta energivärden, kallas Landau -nivåer. Ett mönster började dyka upp.

"Ett starkt magnetfält ger ett slags lim till deras rörelse - det saktar ner dem på vissa sätt, "Sa Henriksen." Man skulle tro att det skulle vara ett mycket svårt system att se på. Men ibland, vid mycket specifika intervall av magnetfältstyrkan och interaktionsstyrkan, du hittar det, helt plötsligt, systemet förenklar enormt. "

"Du skulle förvänta dig en platt linje, väsentligen, i avsaknad av dessa intressanta interaktioner som vi letar efter, "sa Jordan Russell, doktorand i fysik och medförfattare till en ny uppsats om grafen. "Detta icke-monotona beteende är en signatur för de interaktioner vi letade efter."

Marsmötet i American Physical Society förväntas samla nästan 10, 000 fysiker av kondenserad materia. Andra nya arbeten från Henriksens labb kommer också att visas upp på detta forum, inklusive en nyligen upptäckt att grafen kan användas för att mäta en "kvantspinnvätska" i magnetiska material.