Grafeen rekken tot regelbare magnetische kracht | Grafeen (graphene)
Grafeen rekken tot regelbare magnetische kracht

Onderzoekers aan de Universiteit van Maryland (UMD) wisten een baanbrekende ontdekking te verrichten in het onderzoek naar grafeen, en kunnen mogelijk een proeftuin aanbieden om te begrijpen hoe elektronen zich bewegen in extreem hoge magnetische velden.

Sinds de publicatie van de ontdekking van grafeen in 2004 is de substantie uitgegroeid tot een beroemdheid in de fysica en materiaalkunde vanwege zijn opmerkelijke fysische eigenschappen.

Een speciaal ontwikkelde GNR (Graphene nanoribbon) – een strook uit het rooster van enkellaags koolstof – kan een sterk magnetisch-achtig effect genereren in het koolstofmateriaal door middel van oprekking van de uiteinden.

Wanneer grafeen onder spanning komt te staan bewegen de elektronen als in een sterk magnetisch veld. Dit zogenaamde pseudomagnetische effect opent nieuwe mogelijkheden in grafeen-elektronica en valleytronics, vermits academische en industriële laboratoria van over heel de wereld op zoek zijn naar mogelijkheden om de bandgap in grafeen te openen.

Deze nieuwe theoretische studie legt uit hoe men een strook van grafeen kan vormen zodat het uitrekken van de uiteinden resulteert in een krachtige, regelbare en duurzame magnetische kracht.

In 2010 ontdekten natuurkundigen dat het strekken van het tweedimensionale rooster een driehoekige bubbelachtige vorm veroorzaakt en maakt dat de geleidingselektronen in een cirkel draaien, net zoals ze dat zouden doen in een magnetisch veld.

Deze pseudomagnetische velden kennen sterke pieken en bereiken hoogtepunten van maar liefst 300 tesla, meer dan wat kan worden bereikt met stabiele laboratoriummagneten.

Een voorstel voor het maken van een uniform pseudomagnetisch veld is het rekken van een vel grafeen in drie verschillende richtingen, maar dit is technisch zeer uitdagend.

Teng Li van de Universiteit van Maryland, College Park, en zijn medewerkers, bedachten een simpelere methode, en dat vereist trekken langs slechts één as.

De laag moet gevormd worden op een specifieke manier, want een eenvoudige rechthoek of vierkant van grafeen volstaat niet.

Het team stelde een platte strook van grafeen voor die geleidelijk smaller wordt van het ene einde naar het andere, zoals een tweedimensionale weergave van een muzikale hoorn.

Het strekken van de uiteinden produceert een spanning die gestaag toeneemt langs de lengte van de strook en dit constante spanningsverloop biedt een uniform pseudomagnetisch gebied, zoals geverifieerd door de numerieke simulaties van het team.

De veldsterkte is instelbaar van 0 tot 200 tesla door variatie van de rekkracht.

De auteurs zijn ervan overtuigd dat nanofabricage technologieën binnenkort in staat zullen stellen om hun ontwerp een realiteit te maken.

Bron: physics.aps.org
Foto: S. Zhu


3D print schaalmodel structuur grafeen