Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Ученые открыли новое семейство квазичастиц в материалах на основе графена

Ученые открыли новое семейство квазичастиц в материалах на основе графена

Опубликовал: Admin, 15-11-2020, 01:01, Нанотехнологии, 44, 0

Ученые открыли новое семейство квазичастиц в материалах на основе графена

Группа исследователей под руководством сэра Андре Гейма и доктора Алексея Бердюгина из Манчестерского университета открыла и охарактеризовала новое семейство квазичастиц, названных «фермионы Брауна-Зака» в сверхрешетках на основе графена.

Команда достигла этого прорыва, выровняв атомную решетку графен слой на слой изолирующего листа нитрида бора, резко меняя свойства листа графена.

Исследование следует за годами последовательных достижений в сверхрешетках графен-нитрид бора, которые позволили наблюдать фрактальный узор, известный как бабочка Хофштадтера, и сегодня (пятница, 13 ноября) исследователи сообщают об еще одном весьма неожиданном поведении частиц в таких структурах под воздействием магнитного поля поле.

«Хорошо известно, что в нулевом магнитном поле электроны движутся по прямым траекториям, и если вы приложите магнитное поле, они начнут изгибаться и двигаться по кругу», - объясняют Жюльен Барьер и доктор Пиранаван Кумаравадивел, выполнившие экспериментальная работа .

«В слое графена, который был выровнен с нитридом бора, электроны также начинают изгибаться - но если вы установите магнитное поле на определенные значения, электроны снова будут двигаться по прямолинейным траекториям, как будто магнитного поля больше нет!»

«Такое поведение радикально отличается от учебной физики». - добавляет доктор Пиранаван Кумаравадивел.

«Мы связываем это удивительное поведение с образованием новых квазичастиц в Сильном магнитном поле », - говорит доктор Алексей Бердюгин. «Эти квазичастицы обладают собственными уникальными свойствами и исключительно Высокой подвижностью Несмотря на чрезвычайно сильное магнитное поле».

Как опубликовано в Nature Communications , работа описывает, как электроны ведут себя в сверхвысокой решетке графена сверхвысокого качества, с пересмотренной структурой фрактальных свойств бабочки Хофштадтера. Фундаментальные улучшения в производстве графеновых устройств и методов измерения за последнее десятилетие сделали эту работу возможной.

«Концепция квазичастиц, возможно, является одной из самых важных в физике конденсированного состояния и квантовых системах многих тел. Она была введена физиком-теоретиком Львом Ландау в 1940-х годах для описания коллективных эффектов как« одночастичного возбуждения », - поясняет Жюльен. Барьер «Они используются в ряде сложных систем для учета эффектов многих тел».

До сих пор поведение коллективных электронов в сверхрешетках графена рассматривалось в терминах фермиона Дирака, квазичастицы, обладающей уникальными свойствами, напоминающими фотоны (частицы без массы), которые воспроизводятся в сильных магнитных полях. Однако при этом не учитывались некоторые экспериментальные особенности, такие как дополнительное вырождение состояний, и не учитывалась конечная масса квазичастица в этом состоянии.

Авторы предлагают «фермионы Брауна-Зака» как семейство квазичастиц, существующих в сверхрешетках в сильном магнитном поле. Это характеризуется новым квантовым числом, которое можно напрямую измерить. Что интересно, работает на более низкие температуры позволили снять вырождение с обменными взаимодействиями при сверхнизких температурах.

«В присутствии магнитного поля электроны в графене начинают вращаться по квантованным орбитам. Для фермионов Брауна-Зака нам удалось восстановить прямую траекторию в десятки микрометров в сильных магнитных полях до 16 Тл (в 500000 раз больше магнитного поля Земли). В определенных условиях баллистические квазичастицы не чувствуют эффективного магнитного поля », - объясняют д-р Кумаравадивел и д-р Бердюгин.

В электронной системе подвижность определяется как способность частицы перемещаться под действием электрического тока. Высокая подвижность долгое время была Святым Граалем при изготовлении двумерных систем, таких как графен, потому что такие материалы будут обладать дополнительными свойствами (целочисленными и дробными квантовыми эффектами Холла) и потенциально позволят создавать сверхвысокочастотные транзисторы, составляющие основу. процессора компьютера.

«Для этого исследования мы подготовили графеновые устройства очень большого размера и очень высокого уровня чистоты». - говорит доктор Кумаравадивел. Это позволило нам достичь подвижности в несколько миллионов см² /В, что означает, что частицы будут перемещаться прямо через все устройство, не рассеиваясь. Важно отметить, что это имело место не только для классических дираковских фермионов в графене, но и для фермионов Брауна-Зака, о которых сообщалось в работе.

Эти фермионы Брауна-Зака определяют новые металлические состояния, характерные для любой сверхрешеточной системы, а не только для графена, и предлагают площадку для новых проблем физики конденсированного состояния в других двухмерных сверхрешетках на основе материалов.

Жюльен Барьер добавил: «Результаты важны, конечно, для фундаментальных исследований электронного транспорта, но мы считаем, что понимание квазичастиц в новых сверхрешеточных устройствах в сильных магнитных полях может привести к разработке новых электронных устройств».

Высокая мобильность означает, что транзистор, сделанный из такого устройства, может работать на более высоких частотах, позволяя процессору, сделанному из этого материала, выполнять больше вычислений в единицу времени, что приводит к более быстрому компьютеру. Применяя магнитное поле обычно снижает мобильность и делает такое устройство непригодным для определенных приложений. Высокая подвижность фермионов Брауна-Зака в сильных магнитных полях открывает новые перспективы для электронных устройств, работающих в экстремальных условиях.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии