National University of Singapore forskare har upptäckt en enkel och effektiv metod för att producera ett stort område pseudomagnetiskt fält (PMF) på grafen, och demonstrerade hur den kan ställas in med önskad rumslig fördelning och intensitet för datalagring och logikapplikationer ("Skräddarsy pseudomagnetiska fält på prov på en grafensvart fosfor-heterostruktur").

Elektronikområdet fokuserar på hur man kontrollerar och utnyttjar elektronernas egenskaper. För att studera eller modifiera egenskaperna hos dessa elektroner vid kvantregimen, ett magnetfält måste appliceras.

Ett annat sätt att uppnå denna effekt är att skapa en speciell typ av stam mekaniskt i grafen, där elektronerna beter sig som om de är påverkade av ett externt applicerat magnetfält. I detta fall, inget magnetfält appliceras fysiskt och detta förklaras av närvaron av staminducerad PMF.

Elektroner har ytterligare frihetsgrader (oberoende parameter som beskriver det elektroniska tillståndet) förutom dess laddning. Dessa är kända som snurr och dalens frihetsgrad. Dalarna är maxima och minima för elektronenergier i ett kristallint fast ämne. En metod för att styra elektroner i olika dalar kan eventuellt användas för att utveckla effektivare datorteknik.

Staminducerade PMF i grafen har undersökts som ett lovande tillvägagångssätt för att dra isär dalarna i grafen och göra deras energier icke-ekvivalenta, producerar spännande fysik som dal-polariserad ström. Många forskare har lockats av de enorma PMF (upp till 300 teslas) som observerats i icke-plana, ansträngda grafen -nanostrukturer såsom grafen -nanobubblor.

Dock, dessa distribueras slumpmässigt och de är inte genomförbara för praktiskt genomförande. Även om teorin förutsäger att stammar med triangulär symmetri kan skapa PMF i material, det finns för närvarande ingen känd experimentell teknik som kan skapa den specifika stamstrukturen för att generera en enhetlig PMF med önskad rumslig fördelning och intensitet.

Ett team som leds av prof LOH Kian Ping från Institutionen för kemi och Center for Advanced 2-D Materials, NUS har upptäckt ett sätt att generera PMF på grafen genom att lägga grafen på svart fosfor (BP) för att bilda en grafen-mot-BP-heterostruktur. I forskargruppen ingår också ytkemisten Prof LU Jiong och teoretikern prof Adam SHAFFIQUE från NUS. Den stora överensstämmelse mellan gitter och skjuvbelastning som gitterna pålägger varandra ger upphov till PMF på grafen, som kan mätas direkt med skanningstunnelmikroskopi.

Dessutom, de upptäckte ett sätt att skräddarsy intensiteten och rumsliga fördelningen av PMF:erna på grafen genom att ändra rotationsvinkeln mellan de kristallografiska riktningarna för grafen och BP. När ett externt magnetfält appliceras i närvaro av PMF, de kan skapa två typer av icke-ekvivalenta strömmar, känd som den dalpolariserade strömmen vid elektriska transportmätningar.

Prof Loh sa:"Genom att kontrollera PMF på nanoskala kan följande extrema fysik testas:Först, PMF-fälten kan fungera som energibarriärer för att effektivt begränsa strömmar till en endimensionell kanal. Dessutom, dalfilter kan utvecklas baserat på dalpolarisering. Viktigt, vi upptäckte att en komplex stamstruktur som bildas genom att placera en sexkantig kristall (grafen) på en ortorombisk kristall (BP) är lämplig för att generera ett stort område PMF.

Implikationen är att det kan finnas andra kombinationer av tvådimensionella kristaller som ännu inte har upptäckts. Vår studie öppnar därmed nya möjligheter för spänningsteknik med sikte på att skräddarsy den rumsliga fördelningen och intensiteten hos PMF:erna. "