Kalifornia Ülikooli füüsikud tegid kindlaks grafeeni kaksikkihi (ingl. k. bilayer graphene, BLG) sellise omaduse, mis on uurijate sõnul võrreldav Higgsi bosoni leidmisega osakestefüüsikas.
Grafeeni kaksikkiht. Sinised kerad tähistavad süsiniku aatomeid. Pilt: Lau lab, UC Riverside
Grafeeni kaksikkiht saadakse, kui kaks grafeenlehte kindlal viisil üksteise peale asetatakse. Sarnaselt tavalise grafeeniga on ka BLG-l hea elektronjuhtivus, mis tuleneb ülisuurtest kiirustest, mille elektronid grafeenis liikudes omandavad, kirjutab Physorg.com.
BLG omadusi uurinud teadlased raporteerisid oma teadusartiklis, et kui elektronide arv BLG-s on nullilähedane, siis muutub materjal isolaatoriks. See avastus mõjutab suuresti grafeeni rakendamist elektroonilise materjalina pooljuhtelektroonikas ja elektroonikatööstuses.
,,BLG muutub isolaatoriks, sest selle elektronid organiseeruvad omavahel spontaanselt, kui neid on vähe,” sõnas artikli peaautor Chun Ning Lau. ,,Selle asemel, et suvalises liikumises olla, hakkavad elektronid korrapäraselt liikuma. Seda kutsutakse füüsikas spontaanseks sümmeetria rikkumiseks, ning see on väga oluline nähtus, sest just tänu sellele printsiibile antakse kõrge energia füüsikas osakestele nende massid.
Artikli kaasautori Allan MacDonaldi sõnul mõõtsid uurijad sellise uut tüüpi massiivse kvantosakese massi, mida võib leida vaid BLG kristallides. ,,See füüsika, mis annab neile osakestele massi, on vägagi analoogne füüsikaga, mis teeb aatomi tuumas oleva prootoni massi palju suuremaks kui selle koostisosade kvarkide massid,” sõnas ta. ,,Meie töörühma osake koosneb aga elektronidest, mitte kvarkidest.”
MacDonald selgitas, et nende tööd ajendas teoreetiline uurimus, mis ennustas uute osakeste tekkimist BLG kristallides. ,,Nüüd, kui need kauaoodatud osakesed avastatud on, saab tulevastes eksperimentaalsetes uurimustes nende omadusi uurida,” ütles ta.
Antud uurimuse oluliseks leiuks on see, et BLG sisemine keelutsoon suureneb välise magnetvälja suurendamisel. Keelutsoon on energiavahemik, milles ükski elektroni olek eksisteerida ei saa. Üldiselt määrab materjali keelutsoon ära selle, kas materjal on metall (keelutsoon puudub), pooljuht (kitsas keelutsoon) või isolaator (lai keelutsoon). Keelutsooni olemasolu näiteks ränis on pooljuhttööstuses oluline, sest digitaalsete rakenduste jaoks peab olema võimalik selle juhtivust nö. sisse ja välja lülitada, muutes seda kord juhtivaks ja kord isoleerivaks.
Elektronmikroskoobiga tehtud pilt kahe elektroodi vahele asetatud grafeenlehest. Grafeenlehe pikkus on inimese juuksekarva paksusest umbes 100 korda väiksem. Pilt: Lau lab, UC Riverside
Üksik grafeenkiht ei oma keelutsooni ning seda ei saa seega täielikult ,,välja lülitada,” sest vaatamata selles olevate elektronide arvule jääb materjal alati juhiks.
,,Elektroonika vaatepunktist on see omadus kohutavalt ebasoodne,” lausus Lau. ,,BLG-d saab aga välja lülitada. Meie uurimus on alles kõige selle algfaas ning hetkel on keelutsoon ikka veel praktiliste rakenduste jaoks liiga kitsas. Väga huvitav on aga see, et antud töö viitab paljulubavale rajale: grafeeni kolmik- ja nelikkihid, millel on suure tõenäosusega palju laiemad keelutsoonid, muutes need digitaalsete ja infrapunatehnoloogiate jaoks palju rakendatavamaks. Me oleme juba alustanud nende materjalide uurimist.”
Teadusartikkel: “Transport spectroscopy of symmetry-broken insulating states in bilayer graphene“
Leave a Reply