В графене обнаружили новое причудливое электронное состояние

Физики Массачусетского технологического института обнаружили еще одно новое электронное состояние, скрывающееся в графене, сообщает New Atlas. Явление назвали ferro-valleytricity.

Графен — это, по сути, сверхтонкий лист графита. Его толщина составляет всего один атом. При этом графен сверхпрочный, сверхпроводящий, гибкий и способен произвести революцию во всем: от электроники до одежды и аэрокосмической техники. Если сложить листы стопкой и скрутить их под определенным углом, появляются другие интересные способности — магнетизм или сверхпроницаемость для воды.

В новом исследовании команда Массачусетского технологического института обнаружила еще одно, «мультиферроическое поведение», которое редко встречается в материальном мире. Ферроик — это материал, частицы которого ведут себя скоординировано. Например, в магните все его электроны направляют свои спины в одном направлении даже без внешнего магнитного поля. Мультиферроики — это материалы, которые демонстрируют более чем одно скоординированное поведение. Например, магнетизм направлен в одном направлении, а его электрический заряд — в другом.

Исследователи обнаружили, что при определенных условиях графен может проявлять свойства мультиферроика. Это происходит, когда пять слоев графена слегка смещены друг относительно друга, образуя форму ромба.

При такой структуре электроны в графене движутся очень медленно, что позволяет им взаимодействовать между собой. Это приводит к эффектам, называемым электронной корреляцией, и электроны начинают координироваться в особых ферроидных (магнитных) структурах.

Команда решила проверить теорию на практике. Ученые срезали хлопья графена с блока графита и изучили их с помощью мощных микроскопов, чтобы найти те, которые естественным образом имели желаемую форму ромба. Их изолировали и изучили при температурах чуть выше абсолютного нуля, чтобы уменьшить другие эффекты.

И действительно, электроны в этих особых чешуйках одинаково реагировали на электрическое поле в одном направлении и на магнитное поле в другом, подтверждая мультиферроическое поведение. Даже по отдельности эти состояния были необычными. Магнетизм возник в результате координации орбитального движения электронов, а не их вращения. А электронное поведение объясняется тем, что орбитальные движения электронов и их предпочтения находиться в состоянии с наименьшей энергией координируются, что создает магнитные и электронные эффекты.

Исследователи говорят, что это странное поведение может быть использовано для эффективного удвоения емкости хранения данных чипа.

Мы подробно рассказывали, что такое графен, чем он уникален, кто его открыл и где он применяется.