Curieux physique nouveau partir Quantum Harmonies du Quartette Graphène

À l'aide d'un instrument d'un-de-la-type conçus et construits au National Institute of Standards and Technology (NIST), une équipe internationale de chercheurs ont dévoilé un quatuor d'États d'électrons de graphene et découvert que électrons dans graphene peuvent scindée en un ensemble inattendu et savoureuse de niveaux d'énergie lorsqu'ils sont exposés à des températures extrêmement basses et les champs magnétiques extrêmement élevés. Publié en septembre 9e, 2010, la question de la nature, * cette nouvelle recherche soulève plusieurs questions fascinantes sur la physique fondamentale de cette passionnante matière et révèle les nouveaux effets qu'il peuvent être encore plus puissant que précédemment prévu pour les applications pratiques graphene.

Graphène est un des matériaux plus simples : une feuille unique-atome-épais d'atomes de carbone disposés dans un nid d'abeille-comme en treillis — mais il a de nombreuses propriétés remarquables et étonnamment complexes.Mesurer et comprendre comment les électrons transporter actuel via la feuille sont important de réaliser sa promesse technologique dans les applications de larges, y compris électronique à grande vitesse et les capteurs.

Associé cette artiste illustre les niveaux d'énergie électrons graphene tel que révélé par un instrument unique de NIST. En raison des propriétés du graphene, un électron dans n'importe quel niveau d'énergie donnée (la bande large, pourpre) comprend quatre États quantiques (les quatre anneaux), appelés un «quatuor».Ce quatuor de niveaux est divisée en différentes énergies lors d'immergé dans un champ magnétique.Les deux bandes plus petits sur l'anneau ultrapériphérique représentent le fractionnement de plus d'un État électronique de graphene. Crédit: T. Schindler et k. Talbott/NIST.

Par exemple, les électrons dans graphene agissent comme si aucune masse et ils sont presque 100 fois plus mobiles que dans le silicium. En outre, la vitesse avec laquelle les électrons passer des graphene n'est pas liée à leur énergie, contrairement aux matériaux, tels que le silicium où plus de tension doit être appliquée pour augmenter leur vitesse, ce qui crée de chaleur qui est préjudiciable à la plupart des applications. NIST récemment construits plus stable et plus puissante analyse par sonde microscope au monde, avec une combinaison sans précédent de basse température (comme faible comme millikelvin 10 ou 10 millièmes d'un degré au-dessus de zéro absolu), ultra-élevée vide et les champ magnétique haute.Dans les premières mesures effectuées avec cet instrument, l'équipe a utilisé son pouvoir pour résoudre les différences de meilleurs dans les énergies d'électrons dans graphene, atome par atome.

En raison de la géométrie et les propriétés électromagnétiques de structure du graphene, un électron dans n'importe quel niveau d'énergie donnée remplit quatre sous-niveaux possible, appelé un «quatuor». Théoriciens ont prédit que ce quatuor de niveaux serait divisée en différentes énergies lors d'immergé dans un champ magnétique, mais il jusqu'à récemment y n'avait pas eu un instrument assez sensible pour résoudre ces différences.L'expérience, conformément à l'équipe de recherche, a révélé de comportement inattendu quantum complexes des électrons dans un champ magnétique haut à très basse température. Les électrons interagissent apparemment fortement avec l'autre manière qui affectent leurs niveaux d'énergie.

Une explication possible pour ce comportement, l'équipe dit, est que les électrons ont formé un "condensat" dans lequel ils cessent de déplacement indépendamment l'un de l'autre et agit comme une seule unité coordonnée. Si le travail pourrait donc, point de la voie à la création de petits, très faible-chaleur-producteurs, hautement énergétique des appareils électroniques efficace basé sur graphene.

L'équipe de recherche inclut des collaborateurs de NIST, l'Université du Maryland, Université nationale de Séoul, le Georgia Institute of Technology et l'Université du Texas à Austin. Pour plus de détails, reportez-vous à la section 8 septembre 2010, news annonce du NIST, "NIST chercheurs écouter Puzzling nouvelle physique de Quantum Harmonies du Quartette Graphène" en ligne à www.nist.gov/cnst/graphene_quartet.

* Y.J. Song, A.F. Otte, y. Kuk, Y.Hu, D.B. Torrance, Parc national Tout d'abord, W.A. de Heer, h. min, Stiles s. Adam, M.D., A.H. MacDonald et juge Stroscio.Haute résolution tunnelisation spectroscopie d'un quatuor graphene.Nature.9 Septembre 2010.

** D.L. Miller, K.D. Kubista, G.M. Rutter, Ming Ruan, W.A. de Heer, M. Kindermann, Parc nationalPremière et le juge Stroscio.Mappage d'espace réel des États magnétique quantized graphene.Physique de la nature.Publié en ligne le 8 août 2010.www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/.

Contact : Mark Esser markesser@nist.gov 301-975-8735 National Institute of Standards et Technology (NIST)