Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

ERC

HOWTOCONTROLGRAPHENE Wynik w skrócie

Project ID: 226043
Źródło dofinansowania: FP7-IDEAS-ERC
Kraj: Niderlandy

Zatrzymanie elektronów w grafenie

Grafen, niezwykły materiał mający postać warstwy węgla o grubości jednego atomu, może stanowić doskonałe laboratorium do badania intrygujących zjawisk fizycznych, częściowo dlatego, że jego elektrony zachowują się tak, jakby nie miały żadnej masy. Ta cecha sprawia, że grafen jest dobrym przewodnikiem, a kontrolowanie dynamiki cząstek może zapewnić wyjątkowe możliwości w dziedzinie prędkiej elektroniki.
Zatrzymanie elektronów w grafenie
Grafen to jedna z podstawowych postaci fizycznych węgla, mająca sześciokątną strukturę plastra miodu. W tym sześciokątnym układzie elektrony poruszają się tak, jakby nie miały masy. Elektrony w grafenie są nazywane elektronami Diraca, ponieważ stosuje się do nich takie samo równanie, jak w przypadku cząstek o masie zerowej, które podróżują z prędkością światła — fotonów. Ich prędkość jest około 300 razy mniejsza niż prędkość światła, ale nadal jest bardzo duża w porównaniu do innych materiałów.

Naukowcy rozpoczęli pracę nad projektem HOWTOCONTROLGRAPHENE (Search for mechanisms to control massless electrons in graphene), aby przejąć kontrolę nad przepływem elektronów, ponieważ pole elektryczne nie jest zdolne do zatrzymania elektronu o masie zerowej.

Naukowcy odkryli, że brzegi strukturalne grafenu mogą umożliwić skuteczne kontrolowanie fermionów Diraca. Stwierdzili, że za pomocą tylko jednego parametru można opisać dużą klasę granic i określić gęstość stanów elektronowych oraz prędkość propagacji wzdłuż brzegów. Warunek jednoparametrowej granicy zapewnia skuteczną alternatywę dla mikroskopowych obliczeń komputerowych. Na tej podstawie można przewidzieć brak rozpraszania międzydolinowego w przypadku dużej klasy rekonstrukcji brzegowych i orientacji brzegów.

Stany brzegowe wzdłuż powierzchni rozdziału grafen-nadprzewodnik mogą stać się nadprzewodzące, co będzie prowadziło do zmiany prądów spinu bez ładunku. To odkrycie jest bardzo istotne, ponieważ elektrony o masie zerowej przepływające w grafenie bez oporu mogłyby umożliwić opracowanie innowacyjnych urządzeń spintronicznych.

Grafen reagujący z wodorem atomowym może przekształcić go w izolator. Chociaż pochodna grafenu zachowuje sieć sześciokątną, jej okres jest znacznie krótszy. W literaturze można znaleźć sprzeczne wyniki badań mających na celu ustalenie, czy losowe masy mogą lokalizować fermiony Diraca i przekształcać grafen z metalu na izolator. Naukowcy rozwiązali tę kwestię poprzez porównanie zachowania fermionów Diraca w grafenie oraz w izolatorach topologicznych. Wyniki, uzyskane przy pomocy symulacji komputerowych, wyraźnie wykazały, że w grafenie z masą losową nie ma fazy metalicznej.

Doprowadzenie bliskich fermionów Diraca do stanu nadprzewodnika pozwala na ich przekształcenie w fermiony Majorany. Te fermiony, w przeciwieństwie do fermionów Diraca, stanowią swoje własne antycząstki. Naukowcy zgromadzili dowody potwierdzające istnienie tych nieuchwytnych cząstek ze statystyką nieabelową, które mogą stanowić doskonałe elementy budulcowe wymagane do stworzenia komputera kwantowego.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Grafen, prędka elektronika, masa zerowa, fermiony Diraca, stany brzegowe, fermion Majorany, komputer kwantowy
Numer rekordu: 188479 / Ostatnia aktualizacja: 2016-09-08
Dziedzina: Technologie przemysłowe