Grafeenin kvanttipisteet magneettikenttäantureina

US Santa Cruzin fyysikot ovat havainneet, että grafeenin kvanttipisteissä lähes valon nopeuksilla pyörivät loukkuun jääneet elektronit ovat erittäin herkkiä ulkoisille magneettikentille ja niitä voitaisiin käyttää uusina magneettikenttäantureina, joilla on ainutlaatuiset ominaisuudet.

Nämä kvanttipisteiden reunoilla pyörivät virtasilmukat luovat magneettisia momentteja, jotka ovat erittäin herkkiä ulkoisille magneettikentille. "Näiden virtasilmukoiden herkkyys johtuu siitä tosiasiasta, että grafeenielektronit ovat erittäin relativistisia ja kulkevat suurella nopeudella." selittää professori Jairo Velasco Jr.

"Osa siitä, mikä tekee tästä mielenkiintoisen, on tämän järjestelmän perusfysiikka ja mahdollisuus tutkia atomifysiikkaa ultrarelativistisessa järjestelmässä", hän sanoo. "Samaan aikaan tälle on mielenkiintoisia potentiaalisia sovelluksia uudentyyppisenä kvanttisensorina, joka pystyy havaitsemaan magneettikenttiä nanomittakaavassa korkealla tilallisella resoluutiolla."

Myös lisäsovellukset ovat mahdollisia, kertoo UCSC:n fysiikan jatko-opiskelija Zhehao Ge. "Työmme havainnot osoittavat, että grafeenikvanttipisteet voivat mahdollisesti isännöidä jättimäistä jatkuvaa virtaa pienessä magneettikentässä", Ge sanoi. "Tällaista virtaa voidaan mahdollisesti käyttää kvanttisimulaatioon ja kvanttilaskentaan."

Koska grafeeni on erittäin joustavaa, anturi voidaan integroida joustaviin substraatteihin mahdollistamaan kaarevien kohteiden magneettikentän havaitseminen.

"Anturimatriisissa voi olla monia kvanttipisteitä, ja tätä voitaisiin käyttää elävien organismien magneettikenttien mittaamiseen tai sen ymmärtämiseen, kuinka magneettikenttä jakautuu materiaaliin tai laitteeseen", Velasco sanoi.

Yhteistyöryhmä, johon kuuluu grafeenin yksi löytäjä ja Nobel-palkittu Andre Geim Manchesterin yliopistosta, raportoi, että grafeenilla voi olla huoneenlämpötilassa magneettiresistanssi – magneettikentän aiheuttama muutos sähkövastuksessa – joka on 100 kertaa suurempi kuin millään tunnetulla materiaalilla.

Grafeenin magneettiresistanssi voi johtaa uusiin magneettikenttäantureihin, mutta tarjoaa myös kokeellisen ikkunan eksoottisiin sähkönjohtavuuden kvanttijärjestelmiin, jotka saattavat liittyä salaperäisiin "outoihin metalleihin".

"Grafeeni yllättää jatkuvasti!" sanoo Frank Koppens, kokeellinen fyysikko Espanjan Photonic Sciences -instituutista. Hän sanoo, että poikkeuksellinen käyttäytyminen on kiinnostavaa sekä soveltavalta että perustavanlaatuisesta näkökulmasta. Harvardin yliopiston kondensoituneiden aineiden tutkija Philip Kim puolestaan sanoo, että vaikutus voi johtaa erittäin herkkiin magneettisuuden sensoreihin.

Aiheesta aiemmin:

Grafeeni ja terahertsit

Magnetismia kolmiulotteisesti

Ultraherkkiä antureita