Новый взгляд на электронные взаимодействия в графене
Изображение: Shutterstock
Электроны в графене — захватили воображение ученых-физиков — они движутся со скоростью света и ведут себя так, как будто у них нет массы. Теперь ученые из Вашингтонского университета в Сент-Луисе продемонстрировали, как рассматривать многочастичные взаимодействия в графене с использованием инфракрасного света. Исследование будет представлено на заседании Американского физического общества на этой неделе в Лос-Анджелесе.
Глубоко в подвале Вашингтонского университета Кроу, исследовательская группа под руководством Эрика Хенриксена, доцента физики, проводит свою работу в лаборатории, охлажденной до нескольких градусов выше абсолютного нуля. Они используют небольшую щепотку графена, зажатую между двумя кристаллами нитрида бора и помещенными поверх кремниевой пластины; при длине приблизительно 16 мкм, весь размер материала составляет менее одной шестой размера человеческого волоса.
«Здесь мы построили систему, которая узко фокусирует инфракрасный свет до образца, который находится внутри большого магнита и при очень низкой температуре», — сказал Хенриксен. «Это позволяет нам исследовать его электронные свойства, видя, какие цвета света поглощаются».
Графен вызвал много волнений в научно-исследовательском сообществе материалов из-за его потенциальных применений в батареях, солнечных батареях, сенсорных экранах и многом другом. Но физиков больше интересует графен из-за своей необычной электронной структуры, при которой ее электроны ведут себя как релятивистские частицы.
В нормальных условиях электроны всегда взаимно отталкивают друг друга. Хенриксен и его команда изучают, как это поведение меняется, когда у электронов нет массы.
Собирая одновременные измерения оптических и электронных свойств в присутствии высокого магнитного поля, исследователи смогли отслеживать движение заряженных частиц между орбитами с дискретными значениями энергии, называемыми уровнями Ландау.
«Сильное магнитное поле дает своего рода клей для их движения — это замедляет их в некотором роде», — сказал Хенриксен. «Вы думаете, что это будет очень сложная система, но иногда, при очень специфических диапазонах напряженности магнитного поля и силы взаимодействия, вы обнаруживаете, что внезапно система значительно упростилась».
«Это немонотонное поведение является сигнатурой взаимодействий, которые мы искали» — сказал Джордан Рассел, соавтор новой статьи о графене.
Другие недавние работы из лаборатории Хенриксена также будут продемонстрированы на форуме физического общества , включая недавнее открытие, что графен можно использовать для измерения «квантовой спиновой жидкости» в магнитных материалах.
Больше информации: B. Jordan Russell et al. Many-Particle Effects in the Cyclotron Resonance of Encapsulated Monolayer Graphene, Physical Review Letters (2018). DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.047401