En skiktad enhet överför elektrisk laddning. Kreditera: Nanobokstäver
Fysiker vid Washington University i St. Louis har upptäckt hur man lokalt kan lägga till elektrisk laddning till en atomärt tunn grafenenhet genom att lägga på flingor av ett annat tunt material, alfa-RuCl 3 , ovanpå det.
En artikel publicerad i tidskriften Nanobokstäver beskriver avgiftsöverföringsprocessen i detalj. Att få kontroll över flödet av elektrisk ström genom atomärt tunna material är viktigt för potentiella framtida tillämpningar inom solceller eller datorer.
"Inom mitt område, där vi studerar van der Waals heterostrukturer gjorda genom att specialstapla atomärt tunna material tillsammans, vi kontrollerar vanligtvis laddningen genom att applicera elektriska fält på enheterna, sa Erik Henriksen, biträdande professor i fysik i konst och vetenskap och motsvarande författare till den nya studien, tillsammans med Ken Burch vid Boston College. "Men här verkar det nu att vi bara kan lägga till lager av RuCl 3 . Den suger upp en fast mängd elektroner, så att vi kan göra "permanenta" laddningsöverföringar som inte kräver det externa elektriska fältet."
Jesse Balgley, en doktorand i Henriksens laboratorium vid Washington University, är andra författare till studien. Li Yang, professor i fysik, och hans doktorand Xiaobo Lu, även både vid Washington University, hjälpte till med beräkningsarbete och beräkningar, och är också medförfattare.
Fysiker som studerar kondenserad materia är fascinerade av alfa-RuCl 3 eftersom de skulle vilja utnyttja vissa av dess antiferromagnetiska egenskaper för kvantspinnvätskor.
I denna nya studie, forskarna rapporterar att alfa-RuCl 3 kan överföra laddning till flera olika typer av material – inte bara grafen, Henriksens personliga favorit.
De fann också att de bara behövde placera ett enda lager alfa-RuCl 3 ovanpå sina enheter för att skapa och överföra laddning. Processen fungerar fortfarande, även om forskarna glider ett tunt ark av ett elektriskt isolerande material mellan RuCl 3 och grafenen.
"Vi kan kontrollera hur mycket laddning som strömmar in genom att variera tjockleken på isolatorn, sade Henriksen. vi kan fysiskt och rumsligt separera laddningskällan från där den går - detta kallas moduleringsdopning."
Att lägga till laddning till en kvantspinnvätska är en mekanism som tros ligga till grund för fysik av högtemperatursupraledning.
"När du gör det här, det kan bli spännande, ", sa Henriksen. "Och vanligtvis måste man lägga till atomer till bulkmaterial, vilket orsakar massor av störningar. Men här, laddningen rinner rakt in, inget behov av att ändra den kemiska strukturen, så det är ett "rent" sätt att lägga till laddning."
