Bozulmamış grafende görülen dev manyetoresistance

İnanılmaz gücü, esnekliği ve termal iletkenliği ile bizi hayrete düşüren grafen, şimdi manyetodirenci ile dikkat çekici bir özelliği daha ortaya koydu. Singapur ve Birleşik Krallık'taki araştırmacılar, neredeyse bozulmamış tek tabakalı grafende, oda sıcaklığındaki manyetorizansın diğer herhangi bir malzemeden çok daha yüksek olabileceğini göstermiştir. Bu nedenle, hem egzotik fiziği keşfetmek için bir platform hem de potansiyel olarak elektronik cihazları geliştirmek için bir araç sağlayabilir.

Manyetodirenç, bir manyetik alana maruz kaldığında elektrik direncindeki bir değişikliktir. Klasik rejimde, manyetodirenç, manyetik alanın Lorentz kuvveti tarafından akan yüklerin yörüngelerini eğmesi nedeniyle ortaya çıkar. İletkenliğin neredeyse tamamen elektron hareketiyle gerçekleştiği geleneksel metallerde, alan arttıkça manyetodirenç hızla doyuma ulaşır çünkü elektronların sapması malzeme boyunca Lorentz potansiyeline karşı koyan net bir potansiyel farkı oluşturur. Bizmut ve grafit gibi akımın elektronlar ve pozitif delikler tarafından eşit olarak taşındığı yarı metallerde durum farklıdır. Zıt yönlerde akan karşıt yükler manyetik alan tarafından aynı şekilde saptırılır, bu nedenle net potansiyel fark oluşmaz ve manyetodirenç teorik olarak sonsuza kadar büyüyebilir.

Bu rejimde, manyetodirenç, yük taşıyıcıların hareketliliğine (uygulanan bir potansiyele yanıt olarak hareket etme eğilimleri) bağlıdır. Bu nedenle, sezgilere aykırı olarak, daha yüksek taşıyıcı hareketliliğine sahip malzemeler aynı zamanda daha yüksek manyetodirenç gösterir. Termal titreşim saçılmaya neden olduğu için çoğu yarı metalin manyetodirenci sıcaklık arttıkça düşer. Bu nedenle, manyetodirenç deneyleri genellikle kriyojenik koşullar altında yapılır.

bant aralığı yok

Bununla birlikte, grafen, elektronların yaklaşık 10'da kütlesiz Dirac fermiyonları olarak yayılmasından kaynaklanan olağanüstü yüksek taşıyıcı hareketliliği ile bilinir.⁶ enerjilerinden bağımsız olarak ve herhangi bir bant aralığının tamamen yokluğu için m/s. Şimdi, Alexey Berdyugin Singapur Ulusal Üniversitesi'nden araştırmacılar, elektronik enerji seviyelerini tam olarak değerlik ve iletim bantlarının temas ettiği noktaya kadar doldurarak grafen içinde muazzam bir manyeto direnç yaratılıp yaratılamayacağını araştırdılar.

"Fermi seviyesini bu tekillik noktasına ayarlıyoruz ve sıfır olmayan bir sıcaklığa sahipseniz, o zaman dengede değerlik bandından iletim bandına doğru belirli sayıda elektron uyarılmış olacak ve geride eşit sayıda pozitif boşluk bırakacaksınız. değerlik bandında, ”diye açıklıyor Berdyugin.

Grafenin elektriksel özellikleri ilk olarak yaklaşık 20 yıl önce Manchester Üniversitesi'nden Kostya Novoselov ve Andre Geim tarafından ölçüldü. 2010 Nobel Fizik Ödülü. Ancak Berdyugin, bozulmamış katkısız grafen içeren deneyler yapmanın çok zor olduğunu açıklıyor. "Hiçbir zaman sözde ücret nötrlüğü noktasına ulaşamazsınız. Bir yerde elektronlarla bir doping adanız var, başka bir yerde delikler olan bir doping adanız var - ortalama olarak nötr noktanız var ama aslında katkılı grafenden oluşuyor. Bu tür durumlara elektron deliği birikintileri denir.” Takip eden yirmi yılda, grafenin homojenliği büyüklük derecelerine göre iyileşti ve elektron deliği birikintilerinin boyutu sonuç olarak azaldı, ancak hala mevcut.

Dirac sıvısı

Bununla birlikte, sıcaklık yükseltildiğinde, katkılamadaki küçük homojensizlikler, hidrodinamik akış gibi beklenmedik özelliklere sahip bir "Dirac sıvısı" üreterek, termal dalgalanmalar tarafından bastırılabilir. Yeni çalışmada, Berdyugin'in Singapur'daki grubundan ve Geim'in Manchester'daki grubundan araştırmacılar, Leonid Ponomarenko Lancaster Üniversitesi'ndeki çalışmalar, bu durumda bu Dirac sıvısının 110 T'lik bir manyetik alanda oda sıcaklığında %0.1'luk bir manyetik direnç gösterdiğini göstermektedir. Buna karşılık, metaller nadiren aynı anda sıvı nitrojen sıcaklığının %1'in üzerinde manyetik direnç gösterirler. manyetik alan. Grafenin yüksek magnetorezistansı manyetik algılama için potansiyel olarak faydalı olabilir.

Büyük tünel manyetodirenci, minyatür bir manyetik tünel bağlantısında oda sıcaklığında görünür

Teorik açıdan daha ilginç olan Dirac sıvısının yüksek alanlardaki davranışıdır. Klasik magnetorezistivite modeli alan kuvvetiyle direncin parabolik bir artışını öngörürken, grafende bu direnç doğrusal olarak artmaya başlar. Yüksek sıcaklıktaki süperiletkenler gibi güçlü etkileşime giren sistemlerde de benzer olaylar gözlemlendi ve Nobel ödüllü tarafından bir açıklama önerildi. Aleksey Abrikosov. Ancak şimdiye kadar bu merak uyandıran etki 3 boyutlu olarak tam olarak anlaşılamadı ve grafende gözlemlenip gözlemlenemeyeceği bilinmiyordu. Berdyugin, "Teori neredeyse her şeyi tahmin edebilir," diyor, "ancak tahminlerde bulunmak için teorisyenlerin varsayımlarda bulunmaları gerekir ve bazen gerçekle yüz yüze geldiklerinde varsayımlarda bulunmazlar. Burada teoriye grafenin yük nötrlüğü noktasına bakmanın doğru yolunu gösteriyoruz.”

Yoğun madde fizikçisi Mark Ku Araştırma, Delaware Üniversitesi'nin ilgisini çekiyor. "Tek başına, büyük manyetorizansın en ilginç veya yeni kısım olduğunu söyleyemem" diyor. "Şaşırtıcı olduğunu söyleyeceğimden emin değilim çünkü insanların gerçekte ne beklediğinden emin değilim, ancak kesin olan bir şey var ki, onların Dirac sıvısında gözlemlenen manyetodirenci açıklayacak güncel bir teori yok... Bence bu en yeni teori. Kısmen, çünkü insanlar bir teorileri varsa onu deneyle karşılaştırabileceklerini biliyorlar.”

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Tabiat.  

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Adryenn Ashley ile Geleceği Basmak. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/giant-magnetoresistance-spotted-in-near-pristine-graphene/