Открытие теоретической физики прокладывает путь для будущих технологических приложений. Исследование, проведенное молодым бразильским исследователем, размещено на обложке журнала Physical Review Letters. Фото: Хосе Ладо

Простой лист графена обладает замечательными свойствами благодаря квантовому явлению в его электронной структуре, называемому конусами Дирака. Система становится еще более интересной, если она состоит из двух наложенных друг на друга графеновых листов, и один из них слегка повернут в своей плоскости, так что отверстия в двух углеродных решетках больше не полностью совпадают. При определенных углах кручения двухслойная графеновая система обладает такими экзотическими свойствами, как сверхпроводимость.

Новое исследование, проведенное бразильским физиком Алиной Рамирес с Жозе Ладо, исследователем из Испанского федерального технологического института в Швейцарии (ETH Zurich), показывает, что применение электрического поля к такой системе дает эффект, идентичный эффекту чрезвычайно сильное магнитное поле, приложенное к двум выровненным графеновым листам.

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

«Я выполнил анализ, и он был в вычислительном отношении проверен Ладо», — сказал Рамирес. «Он позволяет управлять электронными свойствами графена с помощью электрических полей, генерирующих искусственные, но эффективные магнитные поля с гораздо большими величинами, чем те, которые могут быть применены к действительным магнитным полям».

Анимированное изображение листа графена, скручивающегося поверх другого листа. Исследование, проведенное молодым бразильским исследователем, размещено на обложке Physical Review Letters . Фото: Хосе Ладо, испанский исследователь, соавтор исследования

Она пояснила, что два листа графена должны быть достаточно близко друг к другу, чтобы электронные орбитали одного взаимодействовали с электронными орбиталями другого. Это означает расстояние, равное приблизительно одному ангстрему (10-10 метров или 0,1 нанометра), что является расстоянием между двумя атомами углерода в графене.

Другим требованием является небольшой угол закручивания для каждого листа по сравнению с другим — менее одного градуса. Хотя это исследование носит чисто теоретический характер, оно обладает очевидным технологическим потенциалом, поскольку оно показывает, что универсальным материалом, таким как графен, можно манипулировать в неисследованных до сих пор режимах.

«Предложенные ранее искусственные магнитные поля основывались на приложении усилий к деформации материала. Наше предложение позволяет контролировать эти поля с гораздо большей точностью. Это может иметь практическое применение », — сказал Рамирес.

Экзотические состояния вещества, индуцированные искусственными магнитными полями, связаны с появлением «псевдоландауских уровней» в графеновых листах. Уровни Ландау, названные в честь советского физика и математика Льва Ландау (1908-1968), лауреата Нобелевской премии по физике в 1962 году, представляют собой квантовое явление, согласно которому в присутствии магнитного поля электрически заряженные частицы могут занимать орбиты только с дискретными значениями энергии. Количество электронов на каждом уровне Ландау прямо пропорционально величине приложенного магнитного поля.

«Эти государства хорошо расположены в космосе; когда частицы взаимодействуют на этих уровнях, взаимодействия намного интенсивнее, чем обычно. Формирование псевдоландауских уровней объясняет, почему искусственные магнитные поля создают в материале экзотические свойства, такие как сверхпроводимость или спиновые жидкости », — сказал Рамирес.

По материалам phys.org