石墨烯是一種從石墨中提取的二維材料,呈蜂窩狀,比金剛石堅硬,導電性比銅更好。在石墨烯被發現近20年后,一項研究表明,它是人們所知的最具抗磁性能,即磁阻的材料。
英國曼徹斯特大學的Andre Geim和同事發現,石墨烯在室溫下具有前所未有的磁阻。相關研究成果4月13日發表于《自然》。
為了揭示這一現象,研究團隊首先給石墨烯施加電場,以平衡電荷載流子的數量。這些載流子負責產生材料的電流,由帶負電荷的電子和帶正電荷的空穴組成。
原始石墨烯的蜂窩狀結構沒有缺陷,電子和空穴數量相等。由于很難生產出這樣的石墨烯,研究人員使用電場來調整有缺陷的石墨烯結構,以便在更原始的狀態下研究這種材料。
因石墨烯研究獲得2010年諾貝爾物理學獎的Geim表示,石墨烯材料結構上的缺陷會影響磁阻效應。
接下來,研究人員對石墨烯施加不同的磁場,以測量其磁阻變化。研究表明,即使在施加較小磁場的情況下,其磁阻也會發生巨大變化。這在一定程度上是由于石墨烯的電子和空穴具有高流動性,因此對外部磁場的微小變化非常敏感。
大多數材料僅在非常低的溫度下產生磁阻。研究人員表示,在這項實驗中,室溫下的石墨烯比之前測試的其他材料(如石墨和鉍等)的磁阻都強。
磁阻材料已被用于數據存儲設備中。蘭卡斯特大學的Leonid Ponomarenko表示,研究人員計劃繼續研究石墨烯,其“應用將隨之而來”。
“這一發現為探索基礎物理學打開了大門。”新加坡國立大學的Antonio Helio Castro Neto表示,因為石墨烯是一種二維材料,這些載流子的運動被限制在一個薄層內。在這種情況下,空穴和電子之間的相互作用變得非常強,因此有空間操縱這些相互作用,并進一步研究是什么在控制它們。
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