5층 그래핀에서 희귀한 전자 상태가 나타난다
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새로 발견된 유형의 전자적 행동은 더 많은 데이터를 자기 메모리 장치에 저장하는 데 도움이 될 수 있습니다.
에 의해아미트 말레와르
2023년 10월 19일 오후 1:35 IST
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마름모꼴 패턴으로 5개 층으로 쌓인 그래핀은 희귀한 "다강성" 상태를 취하며, 여기서 재료의 전자(여기서 구로 표시됨)는 두 가지 선호되는 전자 상태, 즉 비전통적인 자성(각 전자 주위의 궤도로 표시됨)과 "계곡" 또는 두 가지 에너지 상태 중 하나에 대한 선호(빨간색 대 파란색으로 표시). 이번 연구 결과는 더욱 강력한 자기 메모리 장치를 발전시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 이미지: 샘슨 윌콕스, RLE
그래핀은 유난히 강하다. 또한 이 소재는 특정 방식으로 겹쳐지거나 구부러지면 놀라운 전자적 특성을 나타낼 수 있습니다.
MIT 물리학자들은 이제 그래핀의 또 다른 흥미로운 특성을 확인했습니다. 팀이 철계곡성(ferro-valleytricity)이라고 명명한 매우 드문 "다강성(multiferroic)" 상태에서 그래핀은 능면체의 5개 층으로 쌓였을 때 특이한 자성과 특이한 종류의 전기적 거동을 모두 나타냅니다. 구성.
과학자들이 5개의 그래핀 층에서 철 밸리성과 비전통적인 자성을 관찰한 것은 이번이 처음입니다. 그러나 그들은 이 속성을 1개, 2개, 3개 또는 4개의 레이어에서는 볼 수 없었습니다.
이 발견은 엔지니어가 기존 장치에 비해 두 배의 정보를 저장할 수 있는 초저전력, 고용량 데이터 저장 장치를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
과학자들은 그래핀이 다강성 거동을 가질 수 있는지 확인하고 싶어했습니다. 과학자들은 그래핀의 취약한 구조와 독특한 환경 덕분에 숨겨진 양자 상호 작용을 발견했습니다.
보다 구체적으로 과학자들은 전자의 속도가 느려지는 환경, 즉 주변 원자 격자와의 상호 작용이 작아서 다른 전자와의 상호 작용이 이루어질 수 있는 환경을 찾고 있었습니다.
연구팀은 간단한 계산을 사용하여 능면체 배열로 서로 겹겹이 쌓인 5개의 그래핀 층 구조에서 전자 간의 일부 조정된 활동이 발생해야 함을 발견했습니다.
팀장이자 MIT 물리학과 조교수인 주롱주(Long Ju)는 “5개 층에서 전자는 매우 느리게 움직이는 격자 환경에 있기 때문에 다른 전자와 효과적으로 상호작용할 수 있다”고 말했다. 그때가 바로 전자 상관 효과가 지배적이며 선호하는 특정한 강성 차수로 조정될 수 있는 때입니다.”
과학자들은 작은 흑연 블록으로 실험을 시작하여 개별 플레이크를 조심스럽게 벗겨냈습니다. 광학 기술 덕분에 그들은 각 플레이크를 검사하여 특히 능면체 패턴으로 자연스럽게 배열된 5층 플레이크를 찾을 수 있었습니다.
절대 영도를 약간 넘는 온도에서 과학자들은 분리한 몇 개의 5층 플레이크를 분석했습니다. 그래핀 내부의 열적으로 유발된 장애와 같은 다른 모든 효과는 매우 추운 온도에서 억제되어 전자 상호 작용이 나타날 수 있도록 해야 합니다. 과학자들이 전자가 자기장과 전기장에 어떻게 반응하는지 분석할 때 두 개의 강성 질서 또는 일련의 조정된 행동이 나타났습니다.
첫 번째 강성 성질은 같은 방향으로 회전하는 행성과 유사한 전자의 조화로운 궤도 운동이었습니다.
그래핀의 전자 "계곡"은 두 번째 강성 특성의 주제였습니다. 모든 전도성 물질에는 전자가 차지할 수 있는 특정 에너지 레벨이 있습니다. 전자가 자연적으로 존재할 수 있는 가장 낮은 에너지 상태는 계곡을 나타냅니다. 그래핀에는 두 개의 밸리가 존재할 수 있습니다. 전자는 일반적으로 어느 하나를 선호하지 않고 두 계곡에 고르게 정착됩니다.
그러나 연구팀은 5층 그래핀에서 전자가 조화를 이루기 시작하고 다른 계곡보다 한 계곡에 머물기를 선택한다는 사실을 발견했습니다. 구조는 전자의 특이한 자기와 상호 작용하는 강성 특성을 가리키는 두 번째 조정된 동작으로 인해 흔하지 않은 다강성 상태를 가졌습니다.
공동 제1저자인 Zhengguang Lu 는 “우리는 이 구조에서 흥미로운 일이 일어날 것이라는 것을 알고 있었지만 테스트하기 전까지는 정확히 무엇인지 알지 못했습니다. 우리가 페로밸리트로닉스를 본 것은 이번이 처음이고, 또한 기존의 페로자석과 페로밸리트로닉스가 공존하는 것도 처음 본 것입니다.”