Простой лист графена заслуживает внимания благодаря квантовому явлению в его электронной структуре, называемой конусами Дирака. Система становится еще более интересной, если она состоит из двух наложенных графеновых листов, и одна из них очень слегка повернута в своей собственной плоскости, так что отверстия в двух решетках углерода больше не полностью совпадают. Для конкретных углов поворота система двухслойного графена отображает экзотические свойства, такие как сверхпроводимость.

Новое исследование, проведенное бразильским физиком Алине Рамиресом с исследователем из испанского происхождения Швейцарским федеральным технологическим институтом (ETH Zurich) Хосе Ладо, показывает, что применение электрического поля к такой системе дает эффект, аналогичный действию чрезвычайно интенсивное магнитное поле, нанесенное на два выровненных графеновых листа.

Статья об исследовании недавно была опубликована в « Physical Review Letters» . Он также доступен на платформе предварительной публикации arXiv.

«Я провел анализ, и он был проверен на основе вычислительной техники Ладо», – сказал Рамирес. «Это позволяет управлять электронными свойствами графена с помощью электрических полей, создавая искусственные, но эффективные магнитные поля с гораздо большими величинами, чем реальные магнитные поля, которые могут быть применены».

Анимированное изображение листа графена, скручивающего поверх другого листа. Исследование, проведенное молодым бразильским исследователем, было опубликовано на обложке « Physical Review Letters» . Фото: Хосе Ладо, испанский исследователь, соавтор исследования. Она объяснила, что два графеновых листа должны быть достаточно близко друг к другу, чтобы электронные орбитали одного из них взаимодействовали с электронными орбиталями другого. Это означает, что расстояние до примерно одного ангстрема (10-10 метров или 0,1 нанометра), что является расстоянием между двумя атомами углерода в графене. Другим требованием является небольшой угол поворота для каждого листа по сравнению с другим – менее одного градуса. Несмотря на то, что он полностью теоретический, исследование обладает явным технологическим потенциалом, поскольку он показывает, что универсальный материал, такой как графен, можно манипулировать в до сих пор неисследованных режимах.

«Предложенные ранее искусственные магнитные поля были основаны на применении сил для деформирования материала. Наше предложение позволяет управлять этими полями с большей точностью, что может иметь практическое применение», – сказал Рамирес.

Экзотические состояния вещества, вызванные искусственными магнитными полями, связаны с появлением «уровней псевдо-Ландау» в графеновых листах. Уровни Ландау, названные в честь советского физика и математика Лев Ландау (1908-1968), лауреата Нобелевской премии по физике в 1962 году, являются квантовым явлением, при котором в присутствии магнитного поля электрически заряженные частицы могут занимать орбиты с дискретными значениями энергии. Число электронов на каждом уровне Ландау прямо пропорционально величине приложенного магнитного поля.

«Эти состояния хорошо расположены в космосе, когда частицы взаимодействуют на этих уровнях, взаимодействия намного интенсивнее, чем обычно. Образование уровней псевдо-Ландау объясняет, почему искусственные магнитные поля создают экзотические свойства, такие как сверхпроводимость или спиновые жидкости, появляются в материала ", сказал Рамирес.

По материалам сайта phys.org