Rzadki magnetyzm znaleziony w najmocniejszym materiale świata

Grafen, jeden z najsilniejszych materiałów na świecie, zwykle nie jest magnetyczny. Jednak po ułożeniu i skręceniu grafen rozwija rzadką formę magnetyzmu, odkryły nowe badania.

Pole magnetyczne nie jest wytwarzane przez zwykłe wirowanie elektronów w poszczególnych warstwach grafenu, ale zamiast tego powstaje w wyniku zbiorowego wirowania elektronów we wszystkich trzech warstwach ułożonej struktury grafenu, poinformowali naukowcy 12 października w czasopiśmie Nature.

Grafen to materiał wykonany z pojedynczej warstwy (lub monowarstwy) atomów węgla ułożonych we wzór plastra miodu. Jest niesamowicie lekki i mocny (choć jest podatny na pękanie). Przewodzi również prąd, dzięki czemu może być  stosowany w elektronice i czujnikach.

„Zastanawialiśmy się, co by się stało, gdybyśmy połączyli monowarstwy i dwuwarstwy grafenu w skręcony trójwarstwowy system” – powiedział w oświadczeniu Cory Dean, fizyk z Columbia University w Nowym Jorku i jeden z autorów nowego artykułu. „Odkryliśmy, że zmiana liczby warstw grafenu nadaje tym materiałom kompozytowym nowe, ekscytujące właściwości, których wcześniej nie widziano”.

Dean i jego koledzy ułożyli dwie warstwy grafenu, a następnie dodali jedną warstwę na wierzchu, obracając stos o 1 stopień. Następnie zbadali tę “kanapkę” grafenową w różnych okolicznościach, w tym w temperaturach tuż powyżej zera absolutnego (punktu, w którym ustaje cały ruch molekularny). W tak niskich temperaturach odkryli, że grafen przestał przewodzić prąd i stał się izolatorem.

Odkryli również, że mogą kontrolować właściwości skręconego stosu grafenu, stosując pole elektryczne. Kiedy pole elektryczne było zorientowane w jednym kierunku, system zachowywał się jak skręcona podwójna warstwa grafenu. Kiedy odwrócili pole, stos przyjął właściwości skręconej czterowarstwowej struktury grafenu.

Być może najdziwniejszy był rzadki magnetyzm, który pojawił się w trójwarstwowej strukturze. Badanie opublikowane przez inną grupę w czasopiśmie Advanced Materials wykazało, że grafen związany azotkiem boru może wywołać dziwne pole magnetyczne; to pole powstało z wiązań molekularnych węgla w grafenie i boru w azotku boru. Nowe badania pokazują, że ten sam rodzaj magnetyzmu może występować tylko w czystym grafenie, z powodu interakcji między cząsteczkami węgla.

„Czysty węgiel nie jest magnetyczny” – powiedział współautor badania Matthew Yankowitz, fizyk z University of Washington w Seattle. „Co ciekawe, możemy zaprojektować tę właściwość, układając nasze trzy arkusze grafenu pod odpowiednim kątem”.

Struktura zawiera również regiony, w których właściwości nie są zakłócane przez skręcenie warstwy. Te wyjątkowe obszary materiału mogą zostać wykorzystane do przechowywania danych lub zastosowań obliczeń kwantowych, powiedział współautor badania, Xiaodong Xu, również z University of Washington.

Naukowcy planują teraz zgłębić podstawowe właściwości struktury grafenu. „To dopiero początek” – powiedział Yankowitz.

Źródło: Stephanie Pappas

Stacking and twisting graphene unlocks a rare form of magnetism

Doping Nanoscale Graphene Domains Improves Magnetism in Hexagonal Boron Nitride

Zdjęcia: Columbia University

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x