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天然双层石墨烯内发现新奇量子效应

来源:科技日报2022-08-17 09:31

  科技日报北京8月16日电(记者刘霞)由德国哥廷根大学领导的一个国际研究团队在最新一期《自然》杂志上发表论文称,他们在对天然双层石墨烯开展的高精度研究中,发现了新奇的量子效应,并从理论上对其进行了解释。这一系统制备简单,为载荷子和不同相之间的相互作用提供了新见解,有助于理解所涉及的过程,促进量子计算机的发展。

  2004年,两位英国科学家用一种非常简单的实验方法从石墨中剥离出石墨片,并借助特殊胶带得到仅由一层碳原子构成的石墨烯。石墨烯是强度最高的材料之一,具有很好的韧性、超强导热性与导电性,应用前景十分广阔。如果将两层石墨烯彼此以特定的角度偏转,所得到的系统甚至会表现出超导性和其他激发量子效应,如磁性。但迄今为止,很难制备出这种偏转的双层石墨烯。

  在最新研究中,科学家们使用了天然形成的双层石墨烯。他们首先使用简单的胶带从一块石墨中分离出石墨烯样品。为观察量子力学效应,施加了垂直于样品的高电场。他们发现,所得到系统的电子结构发生了变化,且拥有类似能量的电荷载流子出现强烈的累积效应。

  研究进一步发现,在略高于绝对零度(-273.15℃)下,石墨烯中的电子可相互作用,出现了各种意想不到且复杂的量子相。如相互作用导致电子自旋对齐,使材料在没有施加外部影响的情况下具有磁性。通过改变电场,研究人员也能不断改变双层石墨烯中载流子相互作用的强度。此外,电子运动的自由度在特定条件下会受限,形成电子晶格,且由于相互排斥作用,不再有助于传输电荷,导致系统对电绝缘。

  哥廷根大学物理系托马斯·韦茨教授表示,新系统的主要优势之一在于材料制备非常简单,研究人员不需要像以前那样在高温下才能获得所需结果,可用于进一步研究各种量子态及量子计算机等。

[ 责编:蔡琳 ]
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