Obce zjawisko w środku węglowego wynalazku. Grafen zaskoczył naukowców

Grafen pojawia się na tapecie u naukowców od blisko dwudziestu lat. Jest to stosunkowo krótki okres, ale móc stwierdzić, że wiemy o tej strukturze wszystko. Zespół naukowców z Japonii odkrył zaskakujące zjawiska mające miejsce w samym środku tego węglowego wynalazku. Na co dokładnie natknięto się?
Schematyczny obraz grafenu / źródło: Arnero, Wikimedia Commons, domena publiczna

Schematyczny obraz grafenu / źródło: Arnero, Wikimedia Commons, domena publiczna

Badacze z japońskiego instytutu naukowego RIKEN odkryli nowe właściwości grafenu. Pole magnetyczne w skręconych warstwach węglowej struktury może tworzyć płaskie pasma energii – jest to nowość, która otwiera kolejne drzwi do eksploracji tego materiału. O wynikach badań dowiadujemy się z artykułu naukowego na łamach Physical Review Letters.

Czytaj też: Chiny gaszą światło. Wymyślna folia z grafenu robi z akumulatorów coś niebywałego

Grafenem nazywamy płaską strukturę zbudowaną wyłącznie z atomów węgla ułożonych w sześciokąty. W obrazie przypomina to plaster miodu. Grafen ma grubość jednego atomu, a więc uważa się go za strukturę dwuwymiarową. Mimo, że pierwsze teoretyczne opisy tego materiału pojawiły się jeszcze w 1947 roku, to na pierwsze stworzenie rzeczywistego modelu grafenu trzeba było poczekać do początków XXI wieku.

Struktura grafenu / źródło: AlexanderAlUS, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Dotychczas odkryte właściwości grafenu okazują się być niesłychane. Jest on doskonałym przewodnikiem ciepła i prądu elektrycznego. Elektrony poruszają się przez grafen, jak gdyby nie miały masy. Takie cechy sprawiają, że materiał ma szansę zastąpić krzem w wielu rozwiązaniach technologicznych, zwłaszcza w elektronice. Wiedząc, że jedna warstwa grafenu może prezentować tak niezwykłe właściwości, to co dopiero mogą dwie warstwy?

Czytaj też: Grafen zaskakuje po raz kolejny. Takiego zachowania naukowcy nigdy wcześniej nie obserwowali

Grafen wykazuje interesujące zjawiska w warunkach pola magnetycznego

Ching-Kai Chiu i Congcong Le z instytutu RIKEN pracowali nad układem dwóch warstw grafenu nałożonych na siebie. Biorąc pod uwagę układ heksagonalny atomów węgla, to podczas obracania jednej z warstw może dochodzić do zmian właściwości grafenu. Przy konkretnych kątach materiał będzie wykazywać cechy izolatora, a przy innych – nadprzewodnika. Taki dwuwarstwowy grafen zawiera tzw. płaskie pasma energii moiré z podwójną degeneracją – piszą naukowcy. Stanowi to intrygujący „plac zabaw” dla dalszych badań.

Ching-Kai Chiu (z lewej) i Congcong Le (z prawej) z instytutu RIKEN pracowali nad układem dwóch warstw grafenu nałożonych na siebie / RIKEN, www.riken.jp., materiały prasowe

Okazuje się, że „wprowadzając przestrzennie alternatywne pole magnetyczne, indukowana faza magnetyczna staje się dodatkowym kontrolowanym parametrem i prowadzi do nieznanej wcześniej generacji czterokrotnie zdegenerowanych płaskich pasm (ang. fourfold degenerate flat bands)” – dowiadujemy się z Physical Review Letters.

Czytaj też: Połączono grafen z wyjątkowym składnikiem. Fotowoltaicznie ta para wygląda jak Flip i Flap

Póki co na razie uczeni są na etapie odkrycia samego zjawiska z polem magnetycznym. W komunikacie prasowym RIKEN informują, że w dalszych krokach będą szukać innych materiałów charakteryzujących się podobnymi właściwościami. Prace są na zbyt inicjalnym poziomie, by obecnie mówić o potencjale aplikacyjnym zjawiska.