Ученые открыли новое физическое явление, не имеющее аналогов

Графен — необычная аллотропная модификация углерода, состоящая всего из одного слоя атомов, уже не раз обнаруживала все новые и новые неожиданные свойства. В журнале Science от 30 июля опубликована статья, подписанная межинститутской группой американских ученых под руководством Майкла Кромми, сотрудника отдела материаловедения в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и профессора физики в Калифорнийском университете в Беркли. Ученые сообщают о создании псевдомагнитных полей, намного больших по силе, чем любые магнитные поля, когда-либо получаемые в лабораторных условиях — и все это лишь приложением механического напряжения к листу графена.

«Мы экспериментально показали, что тогда, когда графен растягивается с образованием нанопузырей на платиновой подложке, электроны в нем ведут себя так, как если бы они были подвержены действию магнитного поля индукцией свыше 300 тесла — хотя никакое магнитное поле к ним не прикладывалось», — пишет Кромми. «Это совершенно новое физическое явление, не имеющее аналогов». Текущий рекорд для полученного в лаборатории традиционным путем постоянного магнитного поля — 85 тесла, выше магниты просто разрушаются сами собой.

В данном случае никакого магнитного поля нет, но электроны все равно ведут себя так, как будто к ним приложено магнитное поле с невероятной индукцией в сотни тесла — в десятки миллионов раз сильнее магнитного поля Земли.

Сама идея появления псевдомагнитных полей при деформации графена была высказана теоретиками совсем недавно — в начале 2010 года испанский физик Франциско Гинеа из Мадридского института материаловедения предсказал, что при растягивании графена по трем кристаллографическим направлениям электроны в нем будут вести себя подобно электронам в сильном магнитном поле. Причиной этого является изменение длины связей между атомами и, следовательно, движения свободных электронов между ними. Гинеа также является одним из авторов данной работы.

В классической физике электроны в магнитном поле двигаются по циклотронным орбитам, имеющим форму окружности. В квантовой механике, однако, циклотронные орбиты квантуются, делясь на дискретные энергетические уровни (уровни Ландау). Количество электронов на каждом уровне зависит от силы магнитного поля — чем сильнее поле, тем на более высокие уровни «забираются» электроны и тем больше электронов на каждом уровне. Именно это и происходит в деформированном графене, но без магнитного поля.

Это удивительное явление было открыто почти случайно, при исследовании слоев графена на платиновой подложке с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Обнаружив аномальные изменения электрического тока в графене, Кромми показал их теоретику из Бостонского университета Антонио Кастро-Нето, находившемуся в лаборатории имени Лоуренса совершенно по другому вопросу.

Микроскопия показала появление на поверхности графена нанопузырей — треугольных деформаций, похожих по форме на маленькие пирамидки высотой от четырех до десяти нанометров. Нарушение плотности электронных состояний было связано именно с ними. Эффект проявляется даже при комнатной температуре.

Данная работа открывает широчайшие перспективы в науке и технологии, обещая множество важнейших практических приложений и фундаментальных научных открытий — и все это благодаря необычным свойствам графена.

Кроме Кромми, Гинеа и Кастро-Нето, авторами работы являются Нив Леви, Сара Берк, Кэси Микер, Мелисса Панласигви и Алекс Зеттль. Работа была профинансирована Управлением по науке Министерства энергетики США и Научно-исследовательским управлением ВМС США.



Источник: Информнаука со ссылкой на Sciencemag.org

«Счастье дается только знающим. Чем больше знает человек, тем резче, тем сильнее он видит поэзию земли там, где ее никогда не найдет человек, обладающий скудными знаниями»

Константин Паустовский

Научный подход на Google Play

Файлы

Устройство нашей Вселенной

Анатомия разума

Как мы познаем. Исследование процесса научного познания

Деньги без процентов и инфляции