Из скрученного графена получили аномальный магнит

В очередных опытах с двухслойным графеном, который предварительно зажали между листами нитрида бора, получилось зафиксировать переход вещества в магнитное состояние.

Благодаря тому, что удалось зафиксировать этот феномен, получилось подтвердить у материала наличие аномального эффекта Холла и аномального магнитного гистерезиса. Он был объяснен редчайшим явлением – орбитальным ферромагнетизмом.

Данные исследования были опубликованы в научном журнале Science.

Что такое графен

Графен – это поистине уникальный материал, являющийся аллотропной модификацией очищенного углерода, представляющего из себя плоские кристаллы и имеющие шестиугольную форму.

Структура графена

И данное вещество наделено необычными параметрами в нескольких категориях. Поэтому ученые по всему свету производят самые разнообразные эксперименты с графеном, чтобы еще больше расширить спектр необычных свойств.

Так буквально пару лет назад у графена были обнаружены уникальные свойства проводимости в результате экспериментов с углом поворота слоев на так называемый «магический» угол друг относительно друга.

Физика данного открытия была соотнесена с образованием сверхрешетки (повторяющегося муарового узора).

Данное открытие буквально взорвало научное сообщество, и практически все лаборатории стали активно экспериментировать со скрученным графеном.

Муаровый узор

Новое открытие

Международная научная группа, состоящая из американских и японских специалистов под руководством Дэвида Гольдхабера — Гордона (Стэндфордский университет) планировала только повторить эксперимент своих коллег по воссозданию условий сверхпроводимости двухслойного графена.

Но в ходе эксперимента открыли абсолютно новое свойство материала.

Как выяснилось при определенном заполнении электроэнергетических зон был зафиксирован сильный эффект Холла (формирование поперечной разности потенциалов при прохождении через материал электрического тока).

Как правило эффект Холла формируется только при наличии внешнего источника магнитного поля. Но в ходе опыта такого источника не было и выходит, что научной группой был зафиксирован аномальный эффект Холла, и магнитное поле сформировалось непосредственно в материале, ферромагнитная природа которого была подтверждена фиксацией гистерезиса.

Как это все работает

Графен

Ученые объяснили этот необычный эффект следующим образом:

В скрученном определенным образом графене была сформирована плоская энергетическая зона, где частицы наделены эффективной нулевой энергией. В этой зоне происходит перемещение без взаимодействия между друг другом и другими элементами. Именно это определяет сверхпроводящие свойства материала.

А это значит, что каждая элементарная ячейка сформированной сверхрешетки содержит четыре электрона с парами разных спиновых и орбитальных состояний.

Так удалось установить, что заполнение зоны сверхрешетки на 3⁄4, как раз и отвечает за формирование магнетизма.

Важное примечание. Следует понимать, что под заполнением в 3⁄4 подразумевается тот факт, что организация электронов гарантирует заполнение трех зон полностью, а четвертая остается незаполненной.

Таким образом, электроны оказываются поляризованы по спиновым и орбитальным состояниям. Это и отвечает за формирование аномального эффекта Холла, который и был обнаружен в результате экспериментов.

Почему так стало возможно

Такой эффект стал возможен потому, что были допущены всего лишь два изменения, а именно:

Ученые сместили кроме слоя графена еще и закрепленный слой нитрида бора.
Также был выбран угол закрутки в 1,2 градуса (ранее угол составлял 1,1 градуса).

Суперпозиция двух повернутых графеновых решеток под этим углом создает муаровые «узоры»

Перспективы открытия

Пусть генерируемое поле крайне мало, его так же вполне можно использовать на практике. Так, например, на основе данного эффекта можно создать новые запоминающие устройства, где фиксация информации происходит в так называемых магнитных битах, которые не влияют друг на друга.

Сколько еще открытий сделают ученые, изучая графен неизвестно. Самое главное, чтобы они (открытия) нашли свое применение в быту и были полезны обществу.

Графен уникальный и очень перспективный материал и его уже начинают использовать в графеновых аккумуляторах.

Если вам понравился материал, тогда поставьте лайк и сделайте репост данной статьи. Спасибо за внимание!