研究人员开发出一种新的量子尺子来探索奇异物质

发布时间：2023-10-13 14:24:32 所属栏目：动态来源：

导读：被称为石墨烯的单原子厚度的碳片本身就具有非凡的性能，但是当你将多片碳片堆叠起来时，事情会变得更加有趣。

当两片或更多的石墨烯薄片重叠在一起时，就会出现轻微的错位——相互之间以特定的角度扭曲

被称为石墨烯的单原子厚度的碳片本身就具有非凡的性能，但是当你将多片碳片堆叠起来时，事情会变得更加有趣。

当两片或更多的石墨烯薄片重叠在一起时，就会出现轻微的错位——相互之间以特定的角度扭曲——它们就会呈现出过多的奇异特性。根据扭曲角度的不同，这些被称为摩尔量子物质的材料可以突然产生自己的磁场，变成零电阻的超导体，或者相反，变成完美的绝缘体。

美国国家标准与技术研究院(NIST)的Joseph a . Stroscio和他的同事们，以及一个国际合作团队，已经开发出一种“量子尺子”来测量和探索这些扭曲材料的奇怪特性。这项工作还可能产生一种新的、小型化的电阻标准，可以直接在工厂车间校准电子设备，而无需将它们送到异地标准实验室。

NIST的研究人员Marlou Slot和Yulia Maximenko随后将这种扭曲的材料装置冷却到绝对零度以上的百分之一度，减少了原子和电子的随机运动，提高了材料中电子相互作用的能力。在达到超低温后，他们研究了当他们改变强外部磁场的强度时，石墨烯层中电子的能级是如何变化的。精确测量和操纵外加电子的能级对于有效设计和制造高性能的半导体器件而言至关重要。

为了测量能级，研究小组使用了Stroscio在NIST设计和制造的多功能扫描隧道显微镜。当研究人员在磁场中对石墨烯双层层施加电压时，显微镜记录了从材料“隧穿”到显微镜探针尖端的电子产生的微小电流。

为了保持这个固定的乘积，如果磁场减半，那么绕轨道运行的电子所包围的面积必须翻倍。遵循这种模式的连续能级之间的能量差可以像尺子上的刻度一样用来测量材料的电子和磁性能。这种模式的任何细微偏差都将代表一种新的量子标尺，它可以反映物理学研究人员最近正在深入地研究的特定自旋量子莫尔效应对材料的非线性系统的轨道磁性。

事实上，当NIST的研究人员改变施加在涡流石墨烯双层上的磁场时，他们发现了一种新的量子尺子在起作用的证据。电子的圆形轨道所包围的面积乘以外加磁场不再等于一个固定的值。相反，这两个数的乘积的偏移量取决于双层的磁化强度。

在摩尔量子材料中，电子有一系列可能的能量——高和低，形状像一个鸡蛋盒——这是由材料的电场决定的。电子集中在较低的能态，或纸箱的谷中。NIST的理论物理学家Paul Haney说，双层中山谷之间的大间距，比任何单层石墨烯或多层未扭曲的石墨烯中的原子间距都要大，这似乎解释了该研究团队最新发现的土壤中的一些不寻常的磁性。

由于可以通过选择特定的扭曲角度和原子薄层的数量来选择莫尔<s:1>量子物质的性质，新的测量方法有望为科学家如何定制和优化量子材料的磁性和电子性质提供更深入的理解，用于微电子和相关领域的大量应用。例如，超薄超导体已经被认为是对单光子非常敏感的探测器，而这些量子莫尔技术的纳米超导体则是目前为止最薄的高温超导超导体之一。

目前的标准是基于在二维层中，当强磁场作用于电子时，材料所产生的离散电阻值。这种现象被称为量子霍尔效应，起源于上面讨论的圆形轨道中电子的相同量子化能级。离散电阻值可用于校准各种电气设备的电阻。但是由于需要极为强大的磁场，大部分的校准系统只能在NIST这样的计量设施中小心翼翼地进行。

（编辑：汽车网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!