De zoektocht naar kwantummaterialen zou kunnen profiteren van grafeen dat kromtrekt

Grafeen, een extreem dunne tweedimensionale laag van het grafiet dat in potloden wordt gebruikt, valt vast als het wordt afgekoeld terwijl het op een plat oppervlak is bevestigd, wat resulteert in prachtige plooipatronen die de zoektocht naar nieuwe kwantummaterialen en supergeleiders kunnen helpen, aldus Rutgers-geleid onderzoek in het journaal Natuur.

Kwantummaterialen bevatten sterk op elkaar inwerkende elektronen met speciale eigenschappen, zoals verstrengelde trajecten, die bouwstenen kunnen leveren voor supersnelle kwantumcomputers. Ze kunnen ook supergeleiders worden die het energieverbruik zouden kunnen verlagen door krachtoverbrenging en elektronische apparaten efficiënter te maken.

“De knik die we ontdekten in grafeen bootst het effect na van kolossaal grote magnetische velden die onbereikbaar zijn met de huidige magneettechnologieën, wat leidt tot dramatische veranderingen in de elektronische eigenschappen van het materiaal”, zei hoofdauteur Eva Y. Andrei, hoogleraar van de Raad van Bestuur bij de afdeling van Fysica en Sterrenkunde aan de School of Arts and Sciences aan de Rutgers University-New Brunswick. “Het knikken van stijve dunne films zoals grafeen gelamineerd op flexibele materialen wint terrein als platform voor rekbare elektronica met veel belangrijke toepassingen, waaronder oogachtige digitale camera’s, energieoogst, huidsensoren, gezondheidsmonitoring-apparaten zoals kleine robots en intelligente chirurgische handschoenen. Onze ontdekking maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van apparaten voor het aansturen van nano-robots die ooit een rol kunnen spelen bij biologische diagnostiek en weefselherstel. “

De wetenschappers hebben geknikte grafeenkristallen bestudeerd waarvan de eigenschappen radicaal veranderen wanneer ze worden afgekoeld, waardoor in wezen nieuwe materialen ontstaan ​​met elektronen die vertragen, zich bewust worden van elkaar en sterk op elkaar inwerken, waardoor fascinerende verschijnselen zoals supergeleiding en magnetisme ontstaan, aldus Andrei. .

Met behulp van high-tech beeldvorming en computersimulaties toonden de wetenschappers aan dat grafeen dat op een plat oppervlak van niobiumdiselenide wordt geplaatst, knikt wanneer het wordt afgekoeld tot 4 graden boven het absolute nulpunt. Voor de elektronen in grafeen verschijnen het berg- en valleilandschap dat door het knikken is ontstaan ​​als gigantische magnetische velden. Deze pseudo-magnetische velden zijn een elektronische illusie, maar werken volgens Andrei als echte magnetische velden.

“Ons onderzoek toont aan dat knikken in 2D-materialen hun elektronische eigenschappen drastisch kunnen veranderen”, zei ze.

De volgende stappen omvatten het ontwikkelen van manieren om geknikte 2-D-materialen te ontwerpen met nieuwe elektronische en mechanische eigenschappen die volgens Andrei gunstig kunnen zijn voor nano-robotica en kwantumcomputers.

De eerste auteur is Jinhai Mao, voorheen een onderzoeksmedewerker bij de afdeling Fysica en Astronomie en nu een onderzoeker aan de University of Chinese Academy of Sciences.