پژوهش‌گران ویژگی‌های تازه‌ای را در ساختار نواری گرافنِ چندلایه مشاهده کرده‌اند که به اندرکنش ارتقاء یافته‌ی الکترون‌ها اشاره دارد.

گرافن ماده‌ای شیک و ظریف به حساب می‌آید. وجود نقص در شبکه‌ی شش‌گوش کربنی آن یا حضور بارهای سرگردان در محیط پیرامون آن می‌تواند ویژگی‌های جذابی را در ساختار نواری این ماده بوجود آورد. این ویژگی‌ها شامل مخروط‌های دیراک و پیک‌هایی در ساختار نواری آن است که به تحرک بالای بارهای گرافن مربوط است. معمولاً از اتصالات فلزی که با اکسید پوشیده می‌شوند (معروف به گیت) برای اعمال میدان الکتریکی به گرافن استفاده می‌شود اما این اتصالات موجب از بین رفتن ویژگی‌های جذاب نیز گرافن می‌شوند. اکنون تیمی که توسط آندره یانگ (Andrea Young) از دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا رهبری می‌شود با استفاده از گیت‌های گرافیتی و دانه‌های گرافنیِ سه‌لایه‌ (طبیعی و دست‌نخورده) یک قطعه‌ی گرافنی با کیفیت بالا ایجاد کرده‌اند. گیت‌های گرافنی باعث می‌شوند تا ناهمگنی‌های ناشی از پتانسیل الکتریکی سیستم (که ناشی از گیت‌های فلزی پوشیده از اکسید است) را حذف شده و یک قطعه‌ی «تمیزتر» ایجاد ‌شود. این تیم ویژگی‌های جدیدی در ساختارهای نواری گرافن سه‌لایه‌ای مشاهده کرده‌اند که شامل ظهور مخروط‌های دیراک اضافی است؛ وقتی که این سه‌لایه در معرض یک میدان الکتریکی قوی قرار می‌گیرد.

این پژوهش‌گران میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی را به این سه‌لایه‌ای اعمال کرده، و تغییرات بوجود آمده در ساختار نواری آن‌ را با اندازه‌گیری‌های ظرفیت ردیابی کرده‌اند. در غیاب هردوی میدان‌ها، ساختار نواری سه‌لایه‌ای شبیه محموعه ساختارهای گرافن یک و دولایه‌ای است. با افزایش شدت میدان الکتریکی، انحرافی در ساختار نواری مشاهده می‌شود و سه مخروط دیراک اضافی ایجاد می‌شوند. آن‌ها با اعمال یک میدان مغناطیسی دریافتند که در نزدیکی این مخروط‌های دیراک، تعداد سطوح انرژی الکترونی برهم‌نهی شده (سطوح لاندو) از دو به سه تغییر می‌یابد. آن‌طور که اعضای این تیم پژوهشی می‌گویند، این ویژگی‌ها نشان‌دهنده‌ی اندرکنش‌های ارتقاء یافته‌ی الکترون‌‌هاست که به ظهور حالات الکترونی جدید در گرافن می‌انجامد.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز چاپ شده است.

درباره‌ی نویسنده:

کاترین رایت (Katherine Wright) سردبیر ارشد مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز است.

منبع:

Additional Peaks in Graphene’s Band Structure