Upptäckten av teoretisk fysik banar väg för framtida tekniska tillämpningar. Studie ledd av ung brasiliansk forskare med på omslaget till Fysiska granskningsbrev Kredit:Jose Lado
Ett enkelt ark grafen har anmärkningsvärda egenskaper på grund av ett kvantfenomen i sin elektronstruktur som kallas Dirac-koner. Systemet blir ännu mer intressant om det består av två överlagrade grafenark, och en är väldigt lite vriden i sitt eget plan så att hålen i de två kolgittren inte längre sammanfaller helt. För specifika vridningsvinklar, tvåskiktsgrafensystemet uppvisar exotiska egenskaper som supraledning.
En ny studie utförd av den brasilianska fysikern Aline Ramires med Jose Lado, en spanskfödd forskare vid Swiss Federal Institute of Technology (ETH Zürich), visar att appliceringen av ett elektriskt fält på ett sådant system ger en effekt som är identisk med den för ett extremt intensivt magnetfält som appliceras på två inriktade grafenark.
En artikel om studien har nyligen publicerats i Fysiska granskningsbrev . Den är också tillgänglig på arXivs förpubliceringsplattform.
"Jag gjorde analysen, och det var beräkningsverifierat av Lado, ", sa Ramires. "Det gör att grafens elektroniska egenskaper kan kontrolleras med hjälp av elektriska fält, genererar artificiella men effektiva magnetfält med mycket större magnituder än de verkliga magnetfälten som kan appliceras."
De två grafenarken måste vara tillräckligt nära varandra för att de elektroniska orbitalerna i den ena ska kunna interagera med den andras elektroniska orbitaler, hon förklarade. Detta innebär en separation så nära som ungefär en ångström (10-10 meter eller 0,1 nanometer), vilket är avståndet mellan två kolatomer i grafen.
Ett annat krav är en liten vridningsvinkel för varje ark jämfört med det andra - mindre än en grad. Även om det är helt teoretiskt, studien har tydlig teknisk potential, eftersom det visar att ett mångsidigt material som grafen kan manipuleras i hittills outforskade regimer.
"De artificiella magnetfält som föreslagits tidigare var baserade på applicering av krafter för att deformera materialet. Vårt förslag gör det möjligt att kontrollera genereringen av dessa fält med mycket större precision. Detta kan ha praktiska tillämpningar, " sa Ramires.
De exotiska tillstånden av materia som induceras av artificiella magnetfält är associerade med uppkomsten av "pseudo-Landau-nivåer" i grafenark. Landau-nivåer - uppkallad efter den sovjetiske fysikern och matematikern Lev Landau (1908-1968), Nobelpristagare i fysik 1962 - är ett kvantfenomen som i närvaro av ett magnetfält, elektriskt laddade partiklar kan bara uppta banor med diskreta energivärden. Antalet elektroner i varje Landau-nivå är direkt proportionell mot storleken på det applicerade magnetfältet.
"Dessa tillstånd är välplacerade i rymden; när partiklar interagerar på dessa nivåer, interaktionerna är mycket mer intensiva än vanligt. Bildandet av pseudo-Landau-nivåer förklarar varför artificiella magnetfält får exotiska egenskaper som supraledning eller spinnvätskor att dyka upp i materialet, " sa Ramires.
