Ein großflächiges pseudo-magnetisches Feld in Graphen auf einem Kristall mit unterschiedlicher Symmetrie maßschneidern

Antennentechnik-Facharbeit #4: Der Mittelwellenempfänger (Juni 2019).

Anonim

Die Forscher der National University of Singapore haben eine einfache und effektive Methode zur Erzeugung eines großflächigen pseudomagnetischen Feldes (PMF) auf Graphen entdeckt und demonstriert, wie sie mit der gewünschten räumlichen Verteilung und Intensität für Datenspeicher- und Logikanwendungen abgestimmt werden kann ("Tailoring sample breite pseudo-magnetische Felder auf einer Graphen-Schwarz-Phosphor-Heterostruktur ").

Das Gebiet der Elektronik konzentriert sich auf die Kontrolle und Nutzung der Eigenschaften von Elektronen. Um die Eigenschaften dieser Elektronen im Quantenbereich zu untersuchen oder zu modifizieren, muss ein Magnetfeld angelegt werden.

Eine andere Möglichkeit, diesen Effekt zu erzielen, ist die Erzeugung einer speziellen Art von mechanischer Spannung in Graphen, bei der sich die Elektronen so verhalten, als ob sie unter dem Einfluss eines extern angelegten Magnetfelds stehen. In diesem Fall wird kein Magnetfeld physikalisch angelegt, und dies wird durch das Vorhandensein von spannungsinduzierter PMF erklärt.

Elektronen haben zusätzlich zu ihrer Ladung zusätzliche Freiheitsgrade (unabhängiger Parameter, der den elektronischen Zustand beschreibt). Diese sind als Spins und Tale Freiheitsgrad bekannt. Täler sind die Maxima und Minima von Elektronenenergien in einem kristallinen Festkörper. Ein Verfahren zum Steuern von Elektronen in verschiedenen Tälern kann potentiell verwendet werden, um effizientere Computertechnologien zu entwickeln.

Dehnungsinduzierte PMFs in Graphen wurden als ein vielversprechender Ansatz untersucht, um die Täler in Graphen auseinander zu ziehen und ihre Energien nicht äquivalent zu machen, was eine faszinierende Physik wie den talpolarisierten Strom erzeugt. Viele Forscher wurden von den enormen PMFs (bis zu 300 Tesla) angezogen, die in nicht planaren, gespannten Graphen-Nanostrukturen wie etwa Graphen-Nanobläschen beobachtet wurden.

Diese sind jedoch zufällig verteilt und für die praktische Umsetzung nicht durchführbar. Obwohl die Theorie vorhersagt, dass Dehnungen mit Dreieckssymmetrie in der Lage sind, PMF in Materialien zu erzeugen, ist derzeit keine experimentelle Technik bekannt, die die spezifische Dehnungsstruktur erzeugen kann, um eine einheitliche PMF mit der gewünschten räumlichen Verteilung und Intensität zu erzeugen.

Ein Team um Prof. LOH Kian Ping von der Abteilung für Chemie und Zentrum für fortgeschrittene 2-D-Materialien, NUS, hat einen Weg gefunden, PMFs auf Graphen durch Überlagerung von Graphen auf schwarzem Phosphor (BP) zu erzeugen, um eine Graphen-auf-BP-Heterostruktur zu bilden. Zum Forschungsteam gehören auch der Oberflächenchemiker Prof. LU Jiong und der Theoretiker Prof. Adam SHAFFIQUE von NUS. Die große Gitterfehlanpassung und die Scherbeanspruchung, die von den Gittern aufeinander ausgeübt werden, führen zu PMFs auf Graphen, die direkt unter Verwendung der Rastertunnelmikroskopie gemessen werden können.

Darüber hinaus fanden sie eine Möglichkeit, die Intensität und räumliche Verteilung der PMFs auf Graphen durch Änderung des Rotationswinkels zwischen den kristallographischen Richtungen des Graphens und des BP anzupassen. Wenn ein externes Magnetfeld in der Gegenwart der PMF angelegt wird, sind sie in der Lage, zwei Arten von nicht äquivalenten Strömen zu erzeugen, die in elektrischen Transportmessungen als der tal polarisierte Strom bekannt sind.

"Die Kontrolle von PMFs auf der Nanometerskala erlaubt die folgende extreme Physik zu testen: Erstens können die PMF-Felder als Energiebarrieren dienen, um Ströme effizient in einem eindimensionalen Kanal zu begrenzen. Darüber hinaus können Talfilter auf der Grundlage von Wir fanden heraus, dass eine komplexe Strain-Textur, die durch Anordnen eines hexagonalen Kristalls (Graphen) auf einem orthorhombischen Kristall (BP) gebildet wird, geeignet ist, eine großflächige PMF zu erzeugen.

Die Implikation ist, dass es andere Kombinationen von zweidimensionalen Kristallen geben könnte, die noch nicht entdeckt wurden. Unsere Studie eröffnet damit neue Möglichkeiten für das Strain-Engineering mit Blick auf die räumliche Verteilung und Intensität der PMFs. "

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