거의 깨끗한 그래핀에서 발견된 거대한 자기 저항

놀라운 강도, 유연성 및 열 전도성으로 우리를 놀라게 한 그래핀은 이제 자기 저항으로 또 다른 놀라운 특성을 보여주었습니다. 싱가포르와 영국의 연구원들은 거의 깨끗한 단층 그래핀에서 실온 자기 저항이 다른 어떤 물질보다 훨씬 더 높을 수 있음을 보여주었습니다. 따라서 그것은 이국적인 물리학을 탐구하기 위한 플랫폼과 잠재적으로 전자 장치를 개선하기 위한 도구를 모두 제공할 수 있습니다.

자기 저항은 자기장에 노출될 때 전기 저항의 변화입니다. 고전적 체제에서는 자기장이 로렌츠 힘에 의해 흐르는 전하의 궤적을 휘게 하기 때문에 자기 저항이 발생합니다. 전도가 거의 전적으로 전자 운동을 통해서만 발생하는 전통적인 금속에서는 전자의 편향이 재료 전체에 순 전위차를 생성하여 로렌츠 전위에 상쇄되기 때문에 필드가 증가함에 따라 자기 저항이 빠르게 포화됩니다. 전류가 전자와 정공에 의해 동일하게 전달되는 비스무트 및 흑연과 같은 반금속에서는 상황이 다릅니다. 반대 방향으로 흐르는 반대 전하는 자기장에 의해 같은 방식으로 편향되므로 순수 전위차가 생성되지 않고 이론적으로 자기 저항이 무한정 증가할 수 있습니다.

이 체제에서 자기 저항은 전하 운반체의 이동성(인가된 전위에 반응하여 움직이는 성향)에 따라 달라집니다. 따라서 반직관적으로 더 높은 캐리어 이동도를 가진 재료는 더 높은 자기 저항도 나타냅니다. 대부분의 반금속의 자기 저항은 열 진동으로 인해 산란이 발생하기 때문에 온도가 상승하면 떨어집니다. 따라서 자기 저항에 대한 실험은 일반적으로 극저온 조건에서 수행됩니다.

밴드갭 없음

그러나 그래핀은 전자가 약 10°에서 질량이 없는 디랙 페르미온으로 전파되기 때문에 발생하는 매우 높은 캐리어 이동도로 알려져 있습니다.⁶ 에너지에 관계없이 m/s이며 밴드갭이 전혀 없습니다. 지금, 알렉세이 베르듀긴 싱가포르 국립 대학교(National University of Singapore)의 연구팀은 가전자대와 전도대가 닿는 지점까지 전자 에너지 준위를 정확하게 채워 그래핀에서 거대한 자기저항이 생성될 수 있는지 여부를 조사했습니다.

"우리는 페르미 준위를 이 특이점으로 조정하고 온도가 XNUMX이 아닌 경우 평형 상태에서 가전자대에서 전도대까지 특정 수의 전자가 여기되어 동일한 수의 양공을 남깁니다. 원자가 밴드에서”라고 Berdyugin은 설명합니다.

그래핀의 전기적 특성은 약 20년 전에 맨체스터 대학의 Kostya Novoselov와 Andre Geim에 의해 처음 측정되었습니다. 2010년 노벨 물리학상. 그러나 Berdyugin은 원래의 도핑되지 않은 그래핀을 포함하는 실험은 수행하기가 매우 어렵다고 설명합니다. “소위 전하 중립점에 실제로 도달하는 것은 결코 아닙니다. 한 곳에는 전자가 있는 도핑 섬이 있고 다른 곳에는 정공이 있는 도핑 섬이 있습니다. 평균적으로 중성점이 있지만 실제로는 도핑된 그래핀으로 구성됩니다. 이러한 상황을 전자 정공 웅덩이라고 합니다.” 이후 XNUMX년 동안 그래핀의 균질성은 수십 배 향상되었고 전자-정공 웅덩이의 크기는 결과적으로 감소했지만 여전히 존재합니다.

디랙 유체

그러나 온도가 상승하면 도핑의 작은 불균일성이 열 변동에 의해 압도되어 유체 역학적 흐름과 같은 예기치 않은 특성을 가진 "Dirac 유체"를 생성할 수 있습니다. 새로운 작업에서 싱가포르의 Berdyugin 그룹과 맨체스터의 Geim 그룹의 연구원들은 레오니드 포노마렌코 University of Lancaster는 이 상태에서 이 Dirac 유체가 110T의 자기장에서 0.1%의 실온 자기 저항을 나타냄을 보여줍니다. 이와 대조적으로 금속은 동시에 액체 질소 온도보다 1% 이상 자기 저항을 거의 나타내지 않습니다. 자기장. 그래핀의 높은 자기 저항은 잠재적으로 자기 감지에 유용할 수 있습니다.

소형화된 자기터널접합에서 상온에서 큰 터널자기저항이 나타남

이론적 관점에서 볼 때 더 흥미로운 점은 높은 자기장에서 Dirac 유체의 거동입니다. 자기저항의 고전적 모델은 자기장 강도에 따른 저항의 포물선형 증가를 예측하는 반면, 그래핀에서는 선형적으로 증가하기 시작합니다. 고온 초전도체와 같이 강하게 상호작용하는 시스템에서도 비슷한 현상이 관찰되었으며, 노벨상 수상자가 이에 대한 설명을 제안했습니다. 알렉세이 아브리코소프. 그러나 지금까지 이 기묘한 효과는 3D에서 제대로 이해되지 않았으며 그래핀에서 관찰되는지 여부는 알려지지 않았습니다. “이론은 거의 모든 것을 예측할 수 있습니다.”라고 Berdyugin은 말합니다. 여기서 우리는 이론상 그래핀의 전하 중성점을 보는 올바른 방법을 보여줍니다.”

응집물질 물리학자 구마크 University of Delaware의 연구에 흥미를 느꼈습니다. "그 자체로는 큰 자기 저항이 가장 흥미롭거나 참신한 부분이라고 말할 수 없습니다."라고 그는 말합니다. “사람들이 실제로 무엇을 기대했는지 확신할 수 없기 때문에 놀랍다고 말할 수는 없지만 확실히 분명한 것은 Dirac 유체에서 관찰된 자기 저항을 설명할 수 있는 현재 이론이 없다는 것입니다… 사람들이 이론이 있으면 실험과 비교할 수 있다는 것을 알기 때문입니다.”

연구는 다음에 설명되어 있습니다. 자연.  

• SEO 기반 콘텐츠 및 PR 배포. 오늘 증폭하십시오.
• 플라토 블록체인. Web3 메타버스 인텔리전스. 지식 증폭. 여기에서 액세스하십시오.
• 미래 만들기 w Adryenn Ashley. 여기에서 액세스하십시오.
• 출처: https://physicsworld.com/a/giant-magnetoresistance-spotted-in-near-pristine-graphene/