Растяжение графена ведет к проявлению специфических магнитных свойств
Группа ученых из США показала, что графен может испытывать деформацию растяжения по определенному направлению. Более того, электроны в графене при этом ведут себя так, как будто находятся в сильном магнитном поле.
Графен – одна из структурных модификаций кристалла углерода, представляющая собой двумерную плоскость с гексагональной структурой всего в один атом толщиной. Необычные физические свойства этого материала уже несколько лет потрясают научный мир. В частности, уже сейчас известно, что графен может использоваться для создания ультратонких транзисторов, ведь электроны путешествуют через кристаллическую решетку на достаточно высоких скоростях. В тот момент, когда начинает казаться, что все возможные применения графена уже найдены, ученые обнаруживают очередную возможность использовать свойства этого удивительного материала.
Как оказалось в ходе исследовательской работы группы из University of California и Lawrence Berkeley National Labs (США), графен может растягиваться в определенных направлениях; при этом свободные носители тока в данном материале (электроны) ведут себя так, как будто находятся в сильном магнитном поле.
На подобное открытие ученых натолкнули попытки вырастить одноатомный слой графена на поверхности кристалла платины. Оказалось, что атомы углерода (образующего, как было отмечено выше, гексагональную кристаллическую структуру) не очень хорошо совпадают с треугольной структурой кристалла платины. В результате на поверхности графена образуются треугольные деформации.
Обнаруженные деформации имеют размеры порядка 4 – 10 нм в длину и 2 нм в высоту. Учитывая, что каждая такая структура чрезвычайно мала, электроны внутри нее (в отличие от других точек графена) находятся на дискретных атомных уровнях. Эти дискретные уровни (также известные как уровни Ландау) совпадают с уровнями, которые занимают электроны, движущиеся в сильном магнитном поле. Поведение электронов, находящихся на дискретных электронных уровнях, ученые наблюдали при помощи комплекса методик сканирующей туннельной микроскопии (scanning tunnelling microscope, STM), позволяющего определить энергетические состояния в малой области пространства. Наиболее вероятное объяснение обнаруженного явления заключается в том, что кристаллическая решетка графена испытывает напряжения под действием подложки из платины.
Обнаруженное явление может быть полезно для развития сразу нескольких направлений. Во-первых, это новый путь для исследования поведения электронов в графене. Стоит отметить, что «псевдомагнитное поле», созданное таким образом для локальной области графена, в 10 раз превышает самое сильное стационарное магнитное поле, созданное когда-либо в лабораторных условиях. Кроме того, очевидно, что данный эффект в будущем может использоваться для варьирования электронных свойств графена, в частности, для создания искусственных энергетических уровней в графене.
К слову, подобный эффект был предсказан теоретически, но ученые не ожидали, что области «псевдомагнитного поля» будут иметь столь высокую интенсивность на практике.
