Rhombohedral pentayer grafeno une uma família de materiais com propriedades exóticas que podem ter outros “parentes”.
Os físicos do MIT relatam a inesperada descoberta de elétrons que formam estruturas cristalinas em um materials apenas bilionésésimos de um metro de espessura. O trabalho aumenta uma mina de ouro de descobertas originárias do materials, que a mesma equipe descobriu há apenas três anos.
Em um Artigo publicado em 22 de janeiro em Naturezaa equipe descreve como os elétrons em dispositivos fabricados, em parte, do novo materials podem se tornar sólidos ou formar cristais, alterando a tensão aplicada aos dispositivos quando são mantidos a uma temperatura semelhante à do espaço sideral. Nas mesmas condições, eles também mostraram o surgimento de dois novos estados eletrônicos que aumentam o trabalho que relataram ano passado mostrando que os elétrons podem se dividir em frações de si mesmos.
Os físicos foram capazes de fazer as descobertas graças aos novos filtros personalizados por um melhor isolamento dos equipamentos envolvidos no trabalho. Isso lhes permitiu resfriar seus dispositivos a uma temperatura uma ordem de magnitude mais fria do que alcançou para os resultados anteriores.
A equipe também observou todos esses fenômenos usando duas “versões” ligeiramente diferentes do novo materials, uma composta por cinco camadas de carbono atomicamente fino; o outro composto por quatro camadas. Isso indica “que há uma família de materiais onde você pode obter esse tipo de comportamento, o que é emocionante”, diz Ju longoum professor assistente do Departamento de Física do MIT que liderou o trabalho. Ju também é afiliado ao MIT Laboratório de Pesquisa de Materiais e Laboratório de Pesquisa de Eletrônica.
Referindo -se ao novo materials, conhecido como Rhombohedral pentayer grafeno, Ju diz: “Encontramos uma mina de ouro, e cada colher está revelando algo novo”.
Novo materials
O grafeno pentayer de Rhombohedral é essencialmente uma forma especial de chumbo lápis. O chumbo lápis, ou grafite, é composto por grafeno, uma única camada de átomos de carbono dispostos em hexágonos semelhantes a uma estrutura de favo de mel. O grafeno de pentayer de Rhombohedral é composto por cinco camadas de grafeno empilhadas em uma ordem de sobreposição específica.
Como Ju e colegas descobriram o materials, eles mexeram com ele adicionando camadas de outro materials que pensavam que poderia acentuar as propriedades do grafeno ou até produzir novos fenômenos. Por exemplo, em 2023 Eles criaram um sanduíche de grafeno pentayer de Rhombohedral com “pães” feitos de nitreto de boro hexagonal. Ao aplicar tensões diferentes ou quantidades de eletricidade ao sanduíche, eles descobriram três propriedades importantes nunca antes vistas na grafite pure.
Ano passado, Ju e colegas relataram mais um fenômeno importante e ainda mais surpreendente: os elétrons se tornaram frações de si mesmos ao aplicar uma corrente a um novo dispositivo composto por grafeno pentayer de Rhombohedral e nitreto de boro hexagonal. Isso é importante porque esse “efeito de salão quântico fracionário” só foi visto em alguns sistemas, geralmente em campos magnéticos muito altos. O trabalho da JU mostrou que o fenômeno poderia ocorrer em um materials bastante simples sem um campo magnético. Como resultado, é chamado de “efeito de salão quântico fracionário” (anômalo indica que nenhum campo magnético é necessário).
Novos resultados
No trabalho atual, o Ju Staff Relatórios ainda mais fenômenos inesperados do sistema geral de grafeno/nitreto de boro romboédros gerais quando é resfriado a 30 milikelvins (1 milikelvin é equivalente a -459,668 graus Fahrenheit). No artigo do ano passado, a JU e os colegas relataram seis estados fracionários de elétrons. No trabalho atual, eles relatam descobrir mais dois desses estados fracionários.
Eles também encontraram outro fenômeno eletrônico incomum: o efeito do salão anômaloso inteiro em uma ampla gama de densidades de elétrons. O efeito do salão anômalo quântico fracionário foi entendido como emergir em uma fase de elétron “líquido”, análoga à água. Por outro lado, o novo estado que a equipe observou agora pode ser interpretada como uma fase “sólida” de elétrons-semelhante à formação de “gelo” eletrônico-que também pode coexistir com o salão quântico fracionário afirma quando a tensão do sistema é cuidadosamente ajustada em temperaturas ultra-baixa.
Uma maneira de pensar na relação entre os estados inteiros e fracionários é imaginar um mapa criado ajustando as tensões elétricas: ajustando o sistema com tensões diferentes, você pode criar uma “paisagem” semelhante a um rio (que representa os estados fracionários do tipo líquido) cortando as geleiras (que representam o efeito inteiro sólido), explica JU.
Ju observa que sua equipe observou todos esses fenômenos não apenas no grafeno rombohedral pentayer, mas também no grafeno romboédrico composto por quatro camadas. Isso cria uma família de materiais e indica que outros “parentes” podem existir.
“Este trabalho mostra como esse materials é rico em exibir fenômenos exóticos. Acabamos de adicionar mais sabor a esse materials já muito interessante ”, diz Zhengguang Lu, co-primeiro autor do artigo. Lu, que conduziu o trabalho como pós -doutorado no MIT, está agora na faculdade da Universidade Estadual da Flórida.
Além de Ju e Lu, outros principais autores do Natureza O papel são Tonghang Han e Yuxuan Yao, ambos do MIT. Lu, Han e Yao são co-primeiro autores do artigo que contribuíram igualmente para o trabalho. Outros autores do MIT são Jixiang Yang, Junnseok SE, Lihan Shi e Shenyong Ye. Membros adicionais da equipe são Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi, do Instituto Nacional de Ciência dos Materiais no Japão.
Este trabalho foi apoiado por uma Sloan Fellowship, A Mathworks Fellowship, o Departamento de Energia dos EUA, a Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência Kakenhi e a Premier Worldwide Analysis Initiative do Japão. A fabricação de dispositivos foi realizada no Harvard Heart for Nanoescale Methods and MIT.Nano.
