石墨烯:一个有才华的2D材料获得一个新的演出

星期三,2020年3月4日

自2004年石墨烯的发现曾经,科学家们就开始寻找把这个天才,原子薄的二维材料的工作。薄于DNA的单链还比钢强200倍,石墨烯是电和热的优良的导体,它可以符合任何数量的形状,从超薄2D片,到电子电路。

去年,一组研究人员的带领下 汪峰在伯克利实验室材料科学部教员科学家和澳门威尼斯赌场物理学教授,开发了一种多任务石墨烯器件,其从超导体开关,其有效地导电,到绝缘体抵抗电流的方式的流,并再次返回超导体。

现在,今天在自然界报道,研究人员已经挖掘到了石墨烯系统的人才,为杂耍不只是两个属性,而是三个:超导,绝缘,和一个叫铁磁性型磁性。多任务设备可以使可能的新的物理实验,比如在追求的电路实现更快的研究,新一代电子像量子计算技术。

“到目前为止,材料同时显示超导,绝缘的,并且磁特性已经非常罕见。大多数人认为,这将是很难引起磁石墨烯,因为它通常没有磁性。我们的石墨烯系统是第一个对所有三个属性的单个样品中合并,”国瑞辰,博士后研究员在澳门威尼斯赌场王的超快纳米光学组,该研究报告的主要作者。

用电打开石墨烯的潜在隐患

石墨烯在电子领域有很大的潜力。其原子薄的结构,以其强大的电子和导热性结合起来,“可以提供下一代电子器件和存储器存储设备的发展具有得天独厚的优势,”陈,谁也担任伯克利实验室材料科学部博士后研究员在研究的时间。

问题是,在当今的电子中使用的磁性材料制成的铁磁金属,如铁或钴合金。铁磁材料,如常见的条形磁铁,具有北极和南极。当铁磁材料被用于存储数据的计算机硬盘上,这些极点向上或向下,代表零和的 - 被称为位。

石墨烯,但是,并不由磁性金属的 - 它由碳制成。

所以科学家们想出了一个创造性的解决方法。

它们在厚度设计超薄装置,只需1纳米,具有原子级薄的石墨烯的三层。氮化硼的2D层之间夹入的情况下,石墨烯层 - 在研究中描述为三层石墨烯 - 形成称为云纹的超晶格的重复图案。

通过石墨烯器件的门在应用电电压,从电力的设备打了招呼电子圈在同一个方向,像小赛车车周围的轨道。此产生的转化的石墨烯器件到铁磁系统中的有力的势头。

更多的测量显示了惊人的新属性集:石墨烯系统内部已经不仅成为磁性,而且绝缘;而且尽管磁性,它的外边缘演变成该移动无阻力电子电流的通道。这样的性质表征罕见类称为陈绝缘体绝缘体,研究人员说。

更令人惊讶的,计算的合着者,麻省理工学院的雅张辉透露,石墨烯器件具有的不只是一个,而是两个导电边缘,使其成为第一观察“高阶陈省身绝缘体”的结果在三层石墨烯中的强的电子 - 电子相互作用。

科学家们一直在紧追陈绝缘子在称为拓扑研究的一个领域,调查此事的异国情调的状态。陈省身绝缘子提供潜在的新的方式来操纵量子计算机,在那里数据被存储在量子比特,量子比特或信息。一个量子位可以表示一个,一个零,或是在其中既是一个,并在同一时间零的状态。

“我们的发现表明,石墨烯是研究不同的物理,从单粒子物理学,到超导一个理想的平台,现在物理拓扑在二维材料物质的研究量子阶段,”陈先生说。 “这是令人兴奋的是,我们现在可以在一个很小的设备开拓新的物理学只是百万分之一毫米厚。”

研究人员希望他们的石墨烯设备进行更多的实验,有一个更好的了解陈省身绝缘体/磁体是如何形成的,以及其背后不同寻常的性质的机制。

从伯克利实验室的研究;澳门威尼斯赌场;斯坦福大学; SLAC国家加速器实验室;麻省理工学院;中国的上海交通大学,先进的显微组织协同创新中心,复旦大学;而日本对材料科学国家研究所参加了工作。

这项工作是由材料的中心,为新的途径量子相干性,能源前沿研究中心由美国出资支持能源部科学办公室。

编辑: 
特里萨·杜克