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【48812】科学家发现天然石墨烯是一种全新的多铁资料

来源:米乐m6官网app下载 人气:1 次 发布时间: 2024-07-08 17:07:47

  期刊上宣布一项最新效果,题为“Orbital multiferroicity in pentalayer rhombohedral graphene”。研讨之后发现菱方堆叠的五层石墨烯是一种多铁资料。它不光具有铁磁性,一起还有一种全新的铁性铁谷性。不同于传统铁磁资猜中电子自旋导致的磁性,这儿的铁磁性和铁谷性均由电子的轨迹运动导致,因而更简单被电场和磁场操控。

  资料的“铁性”指的是即便在不施加外场(电场、磁场、应力等)的情况下,某些性质仍然具有特定取向的现象。现在发现的铁性包含铁磁性、铁电性、铁弹性等。举例来说,铁磁资猜中电子的自旋能够在没有另外加磁场时一致摆放朝向同一方向,使得资料发生微观的磁性。一起具有上述多种铁性的单相资料被称为“多铁资料”。铁性资料具有的特定取向可被当作信息存储的根本单元,因而多铁资料具有的多重铁性天然能够存储更多信息。多铁资猜中的不同铁性之间假如发生耦合,将会为信息操作和处理供给更多或许,有望完成低能耗和高效的信息处理。尽管具有宽广的运用远景,多铁资料却十分罕见,寻觅新的铁性,新的多铁资料,更强的多铁耦合,是凝聚态物理中的一个重要方向。

  石墨烯是一种完全由碳原子构成的单层资料。咱们日常运用的铅笔芯由石墨构成,它是一种层状资料,假如将石墨变薄直至单层就获得了石墨烯。一般以为石墨和石墨烯并不具有磁性,出人意料的是,近来美国麻省理工学院物理系巨龙课题组发现菱方堆叠的五层石墨烯是一种多铁资料。它不光具有铁磁性,一起还有一种全新的铁性铁谷性。不同于传统铁磁资猜中电子自旋导致的磁性,这儿的铁磁性和铁谷性均由电子的轨迹运动导致,因而更简单被电场和磁场操控。

  铁性来历于电子间的相关和相互作用。一般资猜中电子动能比相互作用大得多,此刻电子以很高的速度横行无忌,行为乱七八糟。当电子运动速度变得很低,电子开端感受到其他电子的相互作用,从而一致步骤变得有序,这种有序态便是铁性。巨龙课题组发现天然存在的五层石墨烯中有一种特别的堆叠方法菱方堆叠,在这种堆叠的石墨烯中电子运动会变得很慢,呈现了许多别致的电子相关现象(Han, T., Lu, Z. et al.Nat. Nanotechnol. 2023.)。但是这种堆叠方法是一种亚稳态,在制备样品的过程中随时有或许变成其他的结构。通过探究,课题组制备了高质量的菱方堆叠的五层石墨烯,并在低温度的环境中进行了电学输运丈量。

  他们发现五层石墨烯具有铁磁性。与惯例铁磁资料不同的是,这儿磁性并非来历于电子自旋(相似于电子的自转),而是来自于电子的轨迹运动(相似电子的公转)。这种轨迹运动能够被电场调控,在不加电场时,系统的磁矩为零,跟着施加电场的增大,系统磁矩也近似线性添加。这种“电控磁”效应表现了系统中存在巨大的磁电耦合,在运用中有很大价值。

  更别致的是,课题组还发现了一种全新的铁性铁谷性。低能的电子能带被称为“能谷”,在石墨烯中有两个具有相同能量但不等价的能谷,一般电子会均匀散布在两个能谷中。但在五层石墨烯中,因为电子间的相互作用,电子挑选悉数进入同一个能谷。这种电子散布的挑选性是一种新的铁性,因为系统中一起存在铁磁性,五层石墨烯其实便是有两种铁性共存的多铁资料。

  该研讨一起展现了这两种铁性均能够被电场方便地调控,未来可被用于制造更高效且低能耗的电子器件。

  巨龙课题组长时间重视石墨烯等二维资料系统中的强相关与拓扑效应,近年来在菱方堆叠多层石墨烯系统中有一系列发展。本月初,在相同的菱方堆叠五层石墨烯样品中,课题组报导了其间相关绝缘态,陈氏绝缘态,以及多种对称性破缺金属态(Han, T., Lu, Z. et al.Nat. Nanotechnol. 2023.)。菱方堆叠多层石墨烯系统已成为一个重要的研讨强电子相关与拓扑效应的新平台。(来历:科学网)