恒达装潢娱乐石墨烯根据电子的自旋方向有效过

 新闻资讯     |      2020-03-23 00:25
-----

391

石墨烯根据电子的自旋方向有效过滤电子

在一块石墨烯(碳原子呈六边形图案的水平表面)上,在强磁场中,电子只能沿边缘移动,并被阻止在内部移动

另外,只有具有一个自旋方向的电子才能沿边缘沿一个方向移动(由蓝色箭头指示),而具有相反自旋的电子被阻挡(如红色箭头所示)

照片由研究人员提供

麻省理工学院的最新研究表明,石墨烯可以根据电子的自旋方向有效过滤电子,这是任何常规电子系统都无法做到的

石墨烯已成为一种万能的奇异材料,促使研究人员探索这种纯碳的二维晶格的新可能性

但是麻省理工学院的新研究发现了在某些极端条件下会出现的意外特征,这些特征可能使石墨烯适用于量子计算等特殊用途,从而为材料提供了更多的潜力

这项研究于本周发表在《自然》杂志上,由pablo jarillo-herrero教授和ray ashoori教授,博士后andrea young和ben hunt,研究生javier sanchez-yamaguchi以及其他三人共同发表

研究人员发现,在极强的磁场和极低的温度下,石墨烯可以根据电子的自旋方向有效地过滤电子,这是任何常规电子系统都无法做到的

在典型条件下,石墨烯片充当普通导体:施加电压,电流流过整个二维薄片

但是,如果打开垂直于石墨烯薄片的磁场,则行为会发生变化:电流仅沿边缘流动,而大部分保持绝缘

而且,取决于被称为量子霍尔效应的现象中的磁场的方向,该电流仅沿顺时针或逆时针方向在一个方向上流动

在这项新工作中,研究人员发现,如果这次他们在与石墨烯薄片相同的平面上施加第二个强磁场,则材料的行为又发生了变化:电子可以沿导电边沿任一方向移动,电子具有一个一种顺时针旋转的旋转,而具有相反自旋的旋转则逆时针移动

麻省理工学院物理系的帕帕拉多博士后研究员,论文的主要作者扬说,我们在边缘创造了一种不同寻常的导体

他说,根据自旋的电子分离是拓扑绝缘体的正常特征,但石墨烯通常不是拓扑绝缘体

在非常不同的材质系统中获得了相同的效果

young说,通过改变磁场,我们可以打开和关闭这些边缘状态

他说,这种开关能力意味着,从原理上讲,我们可以用这些电路和晶体管来制造电路和晶体管,而这在传统的拓扑绝缘子中是前所未有的

恒达装潢娱乐

young说,这种自旋选择性还有另一个好处:它可以防止一种称为反向散射的现象,该现象可能会破坏电子的运动

结果,通常会破坏材料的电子性能的缺陷几乎没有影响

他说,即使边缘变脏,电子也几乎完美地沿着该边缘传输

麻省理工学院的三井物产职业发展物理副教授jarillo-herrero说,这些石墨烯薄片中看到的行为是可以预测的,但从未见过

他说,这项工作是第一次在单层石墨烯中证明这种自旋选择行为,也是任何人第一次证明在这两种体系之间进行转变的能力

jarillo-herrero说,这最终可能会导致一种新颖的制造量子计算机的方式,研究人员数十年来一直试图成功地做到这一点

young说,但是由于所需的极端条件,这将是一台非常专业的机器,仅用于诸如国家实验室之类的高优先级计算任务

物理学教授ashoori指出,新发现的边缘态具有许多令人惊讶的特性

例如,尽管金是一种非常好的电导体,但是当将少量的金添加到石墨烯薄片的边缘时,它们会导致电阻增加

金手指通过混合电子自旋使电子反向散射到相反的传播状态

添加的金越多,阻力就越大

young说,这项研究代表了拓扑绝缘子的新方向

我们真的不知道会导致什么,但是它使我们开始思考可以制造的电子设备的类型

jarillo-herrero说,实验需要使用强度为35特斯拉的磁场,这是mri机器的大约10倍,而温度仅比绝对零值高0.3摄氏度

但是,研究小组已经在寻找一种方法,即在一个特斯拉的磁场中观察到与强力厨房用磁铁相似且在较高温度下产生的相似效应

哥伦比亚大学物理学教授菲利普·金(philip kim)并未从事这项工作,他说:正如理论所预恒达装潢娱乐测的,这里的作者已经很好地展示了电导的出色量化

他补充说,这是一项很好的工作,可以通过相互作用将拓扑绝缘体物理学与石墨烯物理学联系起来

这项工作是一个很好的例子,说明了凝聚态物理中两个最受欢迎的主题是如何相互联系的

该小组还包括麻省理工学院的大三学生桑炫yun和渡边贤二和日本筑波的国立材料科学研究所的谷口隆史

这项工作得到了美国能源部,戈登和贝蒂·摩尔基金会以及国家科学基金会的资助,并使用了佛罗里达州国家高磁场实验室的设施

出版物:af young等人,《石墨烯量子自旋霍尔态中的可调对称性断裂和螺旋边缘传输》,《自然》(2013年);doi:10.1038 / nature12800

pdf的研究副本:石墨烯量子自旋霍尔态中的对称对称断裂和螺旋边缘传输

麻省理工学院新闻资料

恒达装潢手机版综合报道