Ühendkuningriigi teadlased avastasid grafeenil veel ühe kasuliku omaduse – materjali saab magnetiseerida, juhtides sellest läbi elektronide voolu. Antud efekt võib osutuda kasulikuks spintroonilistes või kvantinformatsiooni seadmetes, mis kasutavad ära elektronide spinni.
Pildil on roheliste noolekestega näidatud elektronide vool, mis magnetiseerib grafeeni voolust paremal ja vasakul erinevates suundades. Seda illustreerivad erinevates suundades orienteeritud spinnid(punased ja sinised noolekesed). Pilt: Andre Geim
Antud uurimustöö viisid läbi grafeeni avastamise eest 2010. aastal Nobeli preemia saanud füüsikud Andre Geim ja Konstantin Novoselov koostöös USA, Venemaa, Jaapani ja Hollandi teadlastega.
Avastus tehti, kui teadlased juhtisid nõrgas magnetväljas asuvast grafeenitükist läbi elektrivoolu. Nad leidsid, et kahepidiste spinnide voolud tekivad eri suundades, olles risti elektrivoolu suunaga. Efektina tekibki grafeenlehe magnetiseerumine. Antud nähtus on oluline, sest annab teadlastele võimaluse kontrollida elektronide spinni elektrivoolu abil, kirjutab Physicsworld.com.
Kuigi see pole esimene kord kui grafeeni on magnetiseeritud, on see esimene kord kui grafeeni kogumagnetisatsioon on tekitatud spin-voolude abil. Uurimustööst selgub lisaks, et spinne saab ka genereerida ja seda isegi siis, kui grafeenil puudub magnetmoment.
Teoreetilise füüsiku Markus Muelleri sõnul on antud efekt seostatav grafeeni ebatavalise omadusega – Dirac’i ehk neutraalsuse punktiga, kus valents- ja juhtivustsoonid kohtuvad. Diraci punktist ülalpool olevad osakesed ja allpool olevad augud reageerivad magnetväljale vastupidistes suundades. Tulemusena tekib tasakaalu puudumine. ,,Grafeenis on rohkem up-spinne, mistõttu nende Fermi pind asub osakestesarnases piirkonnas; ning vähem down-spinne, mis oma Fermi tasemel on aukude sarnased. Tugeva spin-voolu saamiseks rohkemat vaja ei lähegi,” selgitas ta.
Grafeenis suudab ka väga väike laengukandjate kontsentratsioon magnetisatsiooni ülal hoida. See erinev tavapärastest ainetest, kus vastupidise suunaga spinne saab küll indutseerida, kuid milles magnetisatsiooni ülal hoidmiseks on tarvis suurt hulka laengukandjaid. Laengukandjate kontsentratsiooni vähenemisel muutub enamik materjale mittejuhtivateks ning magnetisatsioon kaob.
Veel üheks üllatavaks leiuks on fakt, et spinnide orientatsioon grafeenis jääb samaks võrdlemisi pika aja jooksul – omadus, mis on hästi kasutatav nii spintroonikas kui ka kvantinformatsiooni seadmetes.
Teadusartikkel: “Giant Nonlocality Near the Dirac Point in Graphene“