Графен симулировал сверхсильное магнитное поле

Электроны в деформированном графене, как выясняется, ведут себя так, будто они находятся в магнитном поле с индукцией 300 тесла, а это втрое больше, чем можно получить на экспериментальных установках. Необычный опыт провели физики из лаборатории Лоуренса в Беркли (LBL), Калифорнийского университета (UC Berkeley) и мадридского института по изучению материалов (CSIC).

Один из "нанопузрьков", полученных в ходе эксперимента (иллюстрация Crommie lab/UC Berkeley).

Саму идею о том, что деформация одноатомного слоя углерода способна привести к возникновению "псевдомагнитного" поля, учёные из CSIC сформулировали в начале 2010 года в статье, опубликованной в Nature Physics (PDF-документ). Как рассуждали тогда исследователи, растяжение по трём основным кристаллографическим направлениям должно действовать аналогично однородному магнитному полю с индукцией более 10 Тл.

Авторы нынешнего эксперимента при помощи сканирующего туннельного микроскопа наблюдали за выращенными на платиновой подложке монослоями графена. Чтобы увеличить разрешение получаемых изображений, образец был охлаждён до нескольких кельвинов.

Как сообщается в пресс-релизе LBL, и платина и графен естественным образом сжались, однако изменение размера подложки оказалось куда более значительным. "Графен покрылся микроскопическими пузырьками пирамидальной формы", – говорит руководитель группы Майкл Кромми (Michael Crommie).

Графеновый участок на платиновой подложке. Изображение получено с помощью сканирующего туннельного микроскопа и затем обработано. Как на границах участка, так и в его пределах явственно выделяются пять "пузырьков" (Иллюстрация Crommie lab/UC Berkeley).

Как считают авторы, чья статья опубликована в Science, обнаруженный эффект может использоваться для изменения электронных характеристик материала и, главное, – для изучения свойств электронов, помещённых в магнитные поля с недоступными для учёных параметрами. Больше информации об опыте можно узнать в пресс-релизе университета Калифорнии.

С "пирамидками" тоже были связаны чёткие пики плотности состояний – именно такие предполагались для уровней Ландау в деформированном графене. Размер "пирамидок" у основания варьировался от 4 до 10 нанометров, а их высота достигала 2 нм.
Проведённое впоследствии компьютерное моделирование подтвердило результаты эксперимента, показав хорошее совпадение фактически полученных и расчётных параметров (иллюстрация Crommie lab/UC Berkeley).