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纳米材料

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在石墨烯中充电带

15 Oct 2009 IsabelleDumé.
奇迹会停止吗?

石墨烯中的电子表明了类似于超导体,磁铁和超流体中观察到的集体行为–根据美国物理学家公布的实验结果。通过理论预测了集体行为,其确认可能会更好地了解石墨烯的复杂物理性质,这通常被吹捧为更换未来电子设备中硅的首选材料。

石墨烯是由曼彻斯特大学·阿德里·吉姆和斯托塔诺诺洛夫(Andre Geim和Kostya Noveselov)于2004年首次孤立的晶碳的单麦浓碳。石墨烯与其他材料不同,因为其电荷携带电子以极高的速度移动,表现得像不具有休息质量的相对论颗粒。结果石墨烯具有各种不寻常的性质,包括任何已知材料的最高室温导电性,对化学物质的极高敏感性(它可以嗅出单个分子)和允许它透明到不透明的光学性能施加电压。

物理学家概述了石墨烯中的相对论电荷是相关的–也就是说,他们彼此强烈互动。“这种相关性往往导致意外的集体现象,其中整体超过零件的总和,以及基本上的新属性,”解释罗格斯大学的团队领导者Eva Andrei。“这种集体效应的实例包括超导性,磁性和超浊度。”

可以相关的相对论粒子吗?

在发现石墨烯之前,难以观察相对论颗粒的相关性。例如,在中微子中不能观察到集体现象,这些现象来自太阳或在高能量煤机中生产,因为它们太稀疏了–至少在地球上,说安德烈。一些研究人员甚至认为这些粒子中可能不会发生相关性。

Now, Andrei’S团队已确认石墨烯的电荷载流子确实相互作用,并且显示了可以被检测为分数量子霍尔效应(FQHE)的集体行为。当像电子等电荷载体限制在2D平面中时,发生这种效果,如石墨烯,并经受垂直磁场。然后,电荷载体在基本电子上形成具有一小部分电荷的新型QuAliplolity。

由于电子之间的强烈相互作用,FQHE与整数霍尔效应和形式不同。在这种状态下,来自磁场的电子和磁通线形成一致的“liquid”复合粒子各自包括电子和偶数捕获的助焊剂线。

分数统计

“FQHE表示整个量子阶段,最强大的是,其是由每个电子捕获的两个磁通线描述的1/3 FQHE,” Andrei told physicsworld.com.. “这些分馏的Quasiparticly遵循所谓的分数统计,这是一种对发展未来量子计算机来说可能重要的特征。”

研究人员通过首先将石墨烯片沉积在由薄二氧化硅层的硅晶体组成的标准半导体晶片上首先沉积石墨烯片来获得它们的结果。通过摩擦晶片上的石墨制造片材–用铅笔写时发生的相同的过程。安德烈’然后,S团队使用扫描电子光刻和薄膜沉积,以限定由薄片上的金和钛制成的电触点。

下一步骤是将样品暴露于蚀刻偏离二氧化硅的强酸,而不是影响石墨烯,电极或硅,以在空气中悬浮的石墨烯条。最后,通过将其加热至非常高的温度来清洁样品“boil off”任何可能在制造过程中都会降落的杂质。

清洁成功的关键

通过作为施加电压的函数测量石墨烯(冷却至约2k和施加的磁场中的施加磁场和施加的磁场中)的电阻来检测FQHE。外观“plateaus” in the resistance –随着现场增加而变得更加明显–揭示了FQHE状态。

“悬浮和清洁石墨烯是从其环境中分离出来并除去杂质的关键步骤,” said Andrei. “他们允许电子互相互动而不是在周围环境中与其他费用和杂质相互作用,如以前的工作。”

研究人员还具有使用非传统非侵入式双端子铅几何探测FQHE的明亮思想。该配置最小化电极与测量过程之间的干扰,同时允许石墨烯保持机械稳定。“我们将描述我们的双终端测量技术以及它如何在即将出版的出版物中允许我们在介于介质的样本中访问霍尔效果,” revealed Andrei.

通过证明相对论粒子强烈互动,我们的作品意味着,她补充说,新的物质阶段将出现与常规材料的出乎意料的集体性能非常不同。

这项工作据报道 自然.

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