在近乎原始的石墨烯中发现巨磁阻

在以其令人难以置信的强度、柔韧性和导热性让我们惊叹之后，石墨烯现在又增加了另一个非凡的特性——磁阻。 新加坡和英国的研究人员表明，在近乎原始的单层石墨烯中，室温磁阻比任何其他材料高出几个数量级。 因此，它既可以提供一个探索奇异物理学的平台，也可以提供一个潜在的改进电子设备的工具。

磁阻是暴露于磁场时电阻的变化。 在经典机制中，磁阻现象的产生是因为磁场通过洛伦兹力使流动电荷的轨迹发生弯曲。 在几乎完全通过电子运动发生传导的传统金属中，磁阻会随着磁场的增加而迅速饱和，因为电子的偏转会在材料上产生净电位差，从而抵消洛伦兹势。 铋和石墨等半金属的情况不同，其中电流由电子和空穴平均承载。 沿相反方向流动的相反电荷最终会被磁场以相同的方式偏转，因此不会产生净电位差，理论上磁阻可以无限增长。

在这种情况下，磁阻取决于电荷载流子的迁移率（它们响应施加的电位而移动的倾向）。 因此，与直觉相反，具有较高载流子迁移率的材料也表现出较高的磁阻。 大多数半金属的磁阻随温度升高而下降，因为热振动会导致散射。 因此，磁阻实验通常在低温条件下进行。

无带隙

然而，石墨烯以其极高的载流子迁移率而闻名，这是因为电子在大约 10 时以无质量狄拉克费米子的形式传播⁶ m / s，无论它们的能量如何，并且完全没有任何带隙。 现在， 阿列克谢别尔久金 新加坡国立大学的研究人员研究了是否可以通过将电子能级精确地填充到价带和导带接触的点来在石墨烯中产生巨大的磁阻。

“我们将费米能级调整到这个奇点，如果你有一个非零温度，那么在平衡时你会有一定数量的电子从价带激发到导带，留下相同数量的正空穴在价带中，”Berdyugin 解释道。

近 20 年前，曼彻斯特大学的 Kostya Novoselov 和 Andre Geim 首次测量了石墨烯的电学特性——他们将 2010年诺贝尔物理学奖. 然而，Berdyugin 解释说，涉及原始未掺杂石墨烯的实验很难进行。 “你实际上永远不会达到所谓的电荷中性点。 你在一个地方有一个掺杂电子的岛，在另一个地方有一个掺杂空穴的岛——平均你有中性点，但实际上它由掺杂的石墨烯组成。 这种情况被称为电子空穴水坑。” 在随后的二十年中，石墨烯的均匀性提高了几个数量级，电子空穴的尺寸也随之减小，但它仍然存在。

狄拉克流体

然而，当温度升高时，掺杂中的微小不均匀性可能会被热波动所淹没，从而产生具有流体动力流动等意想不到特性的“狄拉克流体”。 在这项新工作中，来自新加坡 Berdyugin 小组和曼彻斯特 Geim 小组的研究人员与 列昂尼德·波诺马连科 兰开斯特大学的研究人员表明，在这种状态下，这种狄拉克流体在 110 T 的磁场中表现出 0.1% 的室温磁阻率。相比之下，金属很少在液氮温度以上同时表现出高于 1% 的磁阻率磁场。 石墨烯的高磁阻可能对磁传感有用。

室温下微型磁隧道结中出现大隧道磁阻

从理论的角度来看，更有趣的是狄拉克流体在高场中的行为。 经典的磁阻模型预测电阻随场强呈抛物线增加，而在石墨烯中它开始线性增加。 在高温超导体等强相互作用系统中也观察到类似现象，诺贝尔奖获得者提出了解释 阿列克谢·阿布里科索夫. 然而，到目前为止，这种奇怪的效果在 3D 中还没有得到正确的理解，并且它是否会在石墨烯中被观察到也是未知的。 “理论几乎可以预测任何事情，”Berdyugin 说，“但要做出预测，理论家必须做出假设，而有时当他们面对现实时，他们并不成立。 在这里，我们从理论上展示了查看石墨烯电荷中性点的正确方法。”

凝聚态物理学家 顾马克 特拉华大学的研究人员对这项研究很感兴趣。 “就其本身而言，我不会说大磁阻是最有趣或最新颖的部分，”他说。 “我不确定我会说这很令人惊讶，因为我不确定人们实际预期的是什么，但可以肯定的是，目前没有任何理论可以解释他们在狄拉克流体中观察到的磁阻......我认为这是最新颖的部分原因是人们知道，如果他们有了理论，就可以将其与实验进行比较。”

该研究描述于 自然.  

• SEO 支持的内容和 PR 分发。 今天得到放大。
• 柏拉图区块链。 Web3 元宇宙智能。 知识放大。 访问这里。
• 与 Adryenn Ashley 一起铸造未来。 访问这里。
• Sumber: https://physicsworld.com/a/giant-magnetoresistance-spotted-in-near-pristine-graphene/