石墨烯是一種從石墨中提取的二維材料,呈蜂窩狀結(jié)構(gòu),已知比金剛石更堅(jiān)硬,比銅更能導(dǎo)電。在石墨烯被發(fā)現(xiàn)近20年后,研究表明它是人們所知的最具磁阻的材料。
現(xiàn)在,英國曼徹斯特大學(xué)的Andre Geim和同事發(fā)現(xiàn),石墨烯在室溫下具有前所未有的磁阻。相關(guān)研究成果2023年4月13日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。
為了揭示這一現(xiàn)象,研究團(tuán)隊(duì)首先在一些石墨烯上施加電場(chǎng),以平衡其電荷載流子的數(shù)量。這些載流子負(fù)責(zé)產(chǎn)生材料的電流,由帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的空穴組成。
原始石墨烯的蜂窩狀結(jié)構(gòu)沒有缺陷,電子和空穴數(shù)量相等。由于很難生產(chǎn)出這樣的石墨烯,研究人員使用電場(chǎng)調(diào)整有缺陷的石墨烯的結(jié)構(gòu),以便在更原始的狀態(tài)下研究這種材料。
因石墨烯研究獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的Andre Geim表示,石墨烯材料結(jié)構(gòu)上的缺陷會(huì)影響其磁阻。
接下來,研究人員對(duì)石墨烯施加不同的磁場(chǎng),以測(cè)量其磁阻的變化。即使在施加較小磁場(chǎng)的情況下,其電阻也會(huì)發(fā)生巨大變化。這在一定程度上歸因于石墨烯的電子和空穴具有高度流動(dòng)性,因此對(duì)外部磁場(chǎng)的微小變化很敏感。
大多數(shù)材料僅在非常低的溫度下顯示磁阻。研究人員表示,在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中,石墨烯在室溫下比之前測(cè)試的任何其他材料(如石墨和鉍等)都更具磁阻。
磁阻材料已經(jīng)被用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備中。英國蘭卡斯特大學(xué)的Leonid Ponomarenko在一份聲明中表示,研究人員計(jì)劃繼續(xù)研究石墨烯,其“應(yīng)用將隨之而來”。
“這一發(fā)現(xiàn)為探索基礎(chǔ)物理學(xué)打開了大門。”新加坡國立大學(xué)的Antonio Helio Castro Neto表示。
他解釋說,石墨烯是一種二維材料,載流子的運(yùn)動(dòng)被限制在一層薄層內(nèi)。在這種情況下,空穴和電子之間的相互作用變得非常強(qiáng),因此有空間來操縱這些相互作用,并進(jìn)一步研究是什么在控制它們。
(來源:中國科學(xué)報(bào))