Fizikçiler ilk kez basit malzemede nadir görülen bir fenomeni ortaya çıkardı
Araştırma yapan teorik fizikçiler Dallas’taki Teksas Üniversitesi çok basit bir malzemede kuantum anormal Hall etkisi adı verilen nadir bir fenomeni gözlemlemişlerdir. Etkiyi tespit etmek için yapılan önceki deneyler – bir malzeme aynı anda ferromanyetizma ve ferroelektrik gösterdiğinde – karmaşık malzemelerde fenomeni nadiren buldu.
Etki, iki istiflenmiş bal peteği benzeri kafeste düzenlenmiş, doğal olarak oluşan, iki atomlu ince bir karbon atomu tabakası olan iki katmanlı grafende gözlendi. Çalışmanın sonuçları, kısmen finanse edildi tarafından ABD Ulusal Bilim Vakfıiçinde yayınlandı Doğa.
Teorik fizikçi ve çalışmanın ortak yazarı Fan Zhang, “Nadir kuantum anormal Hall etkisi daha önce araştırıldığında, incelenen materyaller karmaşıktı” dedi. “Buna karşılık, malzememiz nispeten basit, çünkü sadece iki grafen tabakasından oluşuyor ve doğal olarak oluşuyor.
“İki katmanlı grafende, temel durum olmak için birbirleriyle rekabet eden beş devlet ailesi olacağını tahmin ettik. [the lowest-energy state in a quantum system]. Geçmişte dördü gözlemlendi. Bu sonuncusu ve gözlemlenmesi en zor olanı.”
Araştırmacılar, beşinci ailede kuantum anormal Hall etkisini sergileyen iki katmanlı grafende sekiz farklı temel durum buldular. Ekip, küçük harici elektrik ve manyetik alanlar uygulayarak ve yük taşıyıcıların işaretini kontrol ederek, iki katmanlı grafenin durumunu değiştirmeyi başardı.
Zhang, “Üç çarpıcı kuantum fenomeninin – ferromanyetizma, ferroelektrik ve sıfır alan kuantum Hall etkisi – iki katmanlı grafende bir arada var olabileceği ve hatta işbirliği yapabileceği bir kuantum anormal Hall sekizlisini tahmin ettik, gözlemledik, aydınlattık ve kontrol ettik” dedi. “Artık bu basit malzemede ferromanyetizma, ferroelektrik ve kuantum anormal Hall etkisini birleştirebileceğimizi biliyoruz.”
İki katmanlı grafenin elektronik özelliklerini hassas bir şekilde kontrol etme yeteneği, onu yeni nesil kuantum bilgi uygulamaları için potansiyel bir malzeme haline getirebilir.