Magnetoresistance raksasa terlihat di graphene yang hampir murni

Setelah memukau kita dengan kekuatan, fleksibilitas, dan konduktivitas termalnya yang luar biasa, graphene kini telah menorehkan properti luar biasa lainnya dengan magnetoresistance-nya. Para peneliti di Singapura dan Inggris telah menunjukkan bahwa, dalam graphene monolayer yang hampir murni, magnetoresistance suhu kamar dapat berlipat ganda lebih tinggi daripada bahan lainnya. Oleh karena itu, ini dapat menyediakan platform untuk mengeksplorasi fisika eksotis dan berpotensi sebagai alat untuk meningkatkan perangkat elektronik.

Magnetoresistance adalah perubahan hambatan listrik pada paparan medan magnet. Dalam rezim klasik, magnetoresistance muncul karena medan magnet membelokkan lintasan aliran muatan oleh gaya Lorentz. Dalam logam tradisional, di mana konduksi terjadi hampir semata-mata melalui gerakan elektron, magnetoresistance dengan cepat jenuh seiring dengan peningkatan medan karena defleksi elektron menciptakan perbedaan potensial bersih di seluruh material, yang menetralkan potensial Lorentz. Situasinya berbeda dalam semilogam seperti bismut dan grafit, di mana arus dibawa secara seimbang oleh elektron dan lubang positif. Muatan berlawanan yang mengalir dalam arah berlawanan akhirnya dibelokkan dengan cara yang sama oleh medan magnet, sehingga tidak ada perbedaan potensial bersih yang dihasilkan dan magnetoresistance secara teoritis dapat tumbuh tanpa batas.

Dalam rezim ini, magnetoresistansi bergantung pada mobilitas pembawa muatan (kecenderungan mereka untuk bergerak sebagai respons terhadap potensial yang diterapkan). Oleh karena itu, berlawanan dengan intuisi, material dengan mobilitas pembawa yang lebih tinggi juga menunjukkan magnetoresistance yang lebih tinggi. Magnetoresistance sebagian besar semimetals turun ketika suhu naik karena getaran termal menyebabkan hamburan. Eksperimen pada magnetoresistance biasanya dilakukan, oleh karena itu, dalam kondisi kriogenik.

Tidak ada celah pita

Graphene, bagaimanapun, dikenal dengan mobilitas pembawa yang luar biasa tinggi, yang muncul karena elektron merambat sebagai fermion Dirac tak bermassa sekitar 10⁶ m / s terlepas dari energinya, dan karena tidak adanya celah pita sama sekali. Sekarang, Alexei Berdyugin dari National University of Singapore telah melihat apakah magnetoresistance kolosal dapat dibuat dalam graphene dengan mengisi tingkat energi elektronik tepat ke titik di mana pita valensi dan konduksi bersentuhan.

“Kami menyetel level Fermi ke titik singularitas ini dan, jika Anda memiliki suhu bukan nol, maka pada kesetimbangan Anda akan memiliki sejumlah elektron tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi, meninggalkan lubang positif dalam jumlah yang sama. di pita valensi,” jelas Berdyugin.

Sifat kelistrikan graphene pertama kali diukur hampir 20 tahun yang lalu oleh Kostya Novoselov dan Andre Geim dari University of Manchester. Hadiah Nobel Fisika 2010. Namun, Berdyugin menjelaskan bahwa percobaan yang melibatkan graphene undoped murni sangat sulit dilakukan. “Anda tidak pernah benar-benar mencapai apa yang disebut titik netralitas muatan. Anda memiliki pulau doping dengan elektron di satu tempat, pulau doping dengan lubang di tempat lain – rata-rata Anda memiliki titik netralitas tetapi sebenarnya terdiri dari graphene yang didoping. Situasi seperti itu disebut sebagai genangan lubang elektron.” Dalam dua dekade berikutnya, homogenitas graphene telah meningkat dengan urutan besarnya dan ukuran genangan lubang elektron telah berkurang, tetapi masih ada.

Cairan Dirak

Namun, ketika suhu dinaikkan, ketidakhomogenan kecil dalam doping dapat diatasi oleh fluktuasi termal, menghasilkan "cairan Dirac" dengan sifat yang tidak terduga seperti aliran hidrodinamik. Dalam karya baru tersebut, peneliti dari kelompok Berdyugin di Singapura dan kelompok Geim di Manchester, bersama dengan Leonid Ponomarenko di University of Lancaster, tunjukkan bahwa, dalam keadaan ini, fluida Dirac ini memperlihatkan magnetoresistivitas suhu kamar 110% dalam medan magnet 0.1 T. Sebaliknya, logam jarang menunjukkan magnetoresistivitas di atas 1% di atas suhu nitrogen cair pada saat yang sama. Medan gaya. Magnetoresistansi tinggi Graphene berpotensi berguna untuk penginderaan magnetik.

Resistensi magnet terowongan besar muncul pada suhu kamar di persimpangan terowongan magnetik mini

Yang lebih menarik dari perspektif teoretis adalah perilaku fluida Dirac di medan tinggi. Sedangkan model magnetoresistivitas klasik memprediksi peningkatan resistensi parabola dengan kekuatan medan, pada graphene mulai meningkat secara linear. Fenomena serupa telah diamati dalam sistem yang sangat berinteraksi seperti superkonduktor suhu tinggi, dan penjelasannya diajukan oleh peraih Nobel Alexey Abrikosov. Namun sejauh ini, efek aneh ini tidak dipahami dengan baik dalam 3D, dan apakah itu akan diamati dalam graphene tidak diketahui. “Teori dapat memprediksi hampir semua hal,” kata Berdyugin, “tetapi untuk membuat prediksi, ahli teori harus membuat asumsi, dan terkadang ketika mereka menghadapi kenyataan, mereka tidak memegangnya. Di sini kami menunjukkan teori cara yang benar untuk melihat titik netralitas muatan graphene.”

Fisikawan benda terkondensasi Tandai Ku dari University of Delaware tertarik dengan penelitian ini. "Dengan sendirinya, saya tidak akan mengatakan magnetoresistance besar adalah bagian yang paling menarik atau baru," katanya. “Saya tidak yakin saya akan mengatakan ini mengejutkan karena saya tidak yakin apa yang sebenarnya diharapkan orang, tetapi yang jelas adalah bahwa tidak ada teori saat ini untuk menjelaskan magnetoresistance yang diamati dalam cairan Dirac… Saya pikir itu yang paling baru. sebagian karena orang tahu bahwa jika mereka memiliki teori, mereka dapat membandingkannya dengan percobaan.”

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Alam.  

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/giant-magnetoresistance-spotted-in-near-pristine-graphene/