Чудесный материал графен побил еще один крупный рекорд в физике


Фото из открытых источников
Графен — особый материал. К его многочисленным достоинствам относится то, что он может действовать как сверхпроводник, генерировать сверхредкую форму магнетизма и открывать совершенно новые квантовые состояния. Теперь у графена есть еще одна удивительная заслуга: он может регистрировать уровни магнитосопротивления без необходимости снижать температуру до абсолютного нуля. Исследование опубликовано в журнале Nature.
 
Высокое магнитосопротивление — способность материала изменять свое электрическое сопротивление в ответ на магнитное поле — встречается относительно редко, однако материалы, которые могут изменять свои свойства таким образом, используются в компьютерах, автомобилях и медицинском оборудовании.
 
Наиболее интересное поведение графена и действительно самые высокие уровни магнитосопротивления обычно наблюдаются при сверхнизких температурах.
 
В своем новом эксперименте исследователи из Университета Манчестера и Университета Ланкастера в Великобритании подвергли высококачественный графен воздействию магнитных полей при комнатной температуре и измерили его реакцию.
 
«За последние 10 лет электронное качество графеновых устройств резко улучшилось, и все, кажется, сосредоточены на поиске новых явлений при низких температурах жидкого гелия, игнорируя то, что происходит в условиях окружающей среды», — говорит материаловед Алексей Бердюгин из Университета Манчестера. «Мы решили разогреть его и неожиданно обнаружилась целая россыпь неожиданных явлений».
 
Исследователи использовали чистую и немодифицированную форму графена, гарантируя, что только температура может изменить его проводимость. Повышение температуры возбуждает заряженные частицы внутри материала, обнажая промежутки или «дыры», когда они прыгают.
 
Под воздействием стандартных постоянных магнитов нагретый графен продемонстрировал отклик магнитосопротивления более 100 процентов, чего никогда раньше не наблюдалось ни в одном материале, установив новый рекорд. Чтобы представить эту реакцию в перспективе: при комнатной температуре и в реальных магнитных полях большинство металлов и полупроводников изменяют свое электрическое сопротивление только на долю 1 процента.
 
Исследователи говорят, что это связано с подвижностью и балансом отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок, остающихся после движения электронов.
 
«Нелегированный высококачественный графен при комнатной температуре дает возможность исследовать совершенно новый режим, который в принципе можно было открыть еще десять лет назад, но почему-то все упускали из виду», — говорит физик Леонид Пономаренко из Ланкастерского университета в Великобритании. «Мы планируем изучить этот режим странного металла и, конечно же, последуют более интересные результаты, явления и приложения».
 
Был еще один интересный результат тестирования. По мере повышения температуры неизмененный графен стал тем, что известно как «странный металл» — тип материала, который мы до сих пор не до конца понимаем.
 
Что мы знаем об этих металлах, так это то, что они ведут себя так, как мы не ожидаем, и это верно в отношении графена. В частности, взаимосвязь между температурой и электрическим сопротивлением работает не так, как в обычных металлах.
 
Хотя это исследование не имеет непосредственных последствий для реального мира, оно значительно расширяет понимание того, как работают материалы и их физика, и проливает больше света на то, насколько особенным и универсальным является графен.
 
«Люди, работающие с графеном, как и я, всегда считали, что этот золотой рудник физики давно должен быть исчерпан. Материал постоянно доказывает, что мы ошибаемся, находя еще одно воплощение. Сегодня я должен снова признать, что графен мертв, да здравствует графен», — говорит физик и материаловед Андре Гейм из Манчестерского университета.