„Te pętle prądu tworzą momenty magnetyczne, które są bardzo wrażliwe na zewnętrzne pola tego typu” — wyjaśnia profesor Jairo Velasco Jr. (na zdjęciu po lewej), pracujący na wydziale fizyki UC Santa Cruz. „Czułość tych pętli prądowych wynika z faktu, że elektrony grafenu są ultrarelatywistyczne i przemieszczają się ze sporą szybkością”. Velasco jest autorem korespondentem artykułu naukowego na temat nowych odkryć, opublikowanego 6 marca w prestiżowym czasopiśmie: „Nature Nanotechnology”. Jego grupa z UC Santa Cruz użyła skaningowego mikroskopu tunelowego (STM), jaki pokazano na zdjęciu za badaczami, do stworzenia kropek kwantowych z grafenu oraz do zbadania ich właściwości. Przy projekcie zespół z Santa Cruz kooperował z naukowcami z University of Manchester w Wielkiej Brytanii oraz z National Institute for Materials Science w Japonii. „To był wysiłek bazujący na współdziałaniu” — wskazał Velasco. „Wykonaliśmy pomiary w moim laboratorium w UCSC, a następnie ściśle współpracowaliśmy z fizykami teoretycznymi z University of Manchester, aby zrozumieć i zinterpretować nasze dane”.
Wyjątkowe własności optyczne i elektryczne kropek kwantowych, które często składają się z nanokryształów półprzewodnikowych, wynikają z faktu, że elektrony są zamknięte w nanoskali, tak że ich zachowaniem rządzi mechanika kwantowa. Ponieważ uzyskana struktura elektronowa jest podobna do tej atomów, kropki kwantowe są często nazywane: „sztucznymi atomami”, bo wykazują wiele podobieństw. Podejście Velasco polega na generowaniu kropki kwantowej w różnych formach grafenu. To odbywa się za pomocą wytwarzania elektrostatycznej: „zagrody”, która ogranicza elektrony, pędzące w ww. materiale, do pewnego obszaru.
„Częścią tego, co sprawia, że jest to interesujące, jest podstawowa fizyka tego układu i możliwość studiowania tej atomowej w reżimie ultrarelatywistycznym” — zakomunikował badacz. „Jednocześnie istnieje ciekawe potencjalne wykorzystanie tego jako nowego typu czujnika kwantowego, który może wykrywać pola magnetyczne w nanoskali z wysoką rozdzielczością przestrzenną”. Możliwe są również dodatkowe zastosowania, według współautora publikacji — Zhehao Ge (na zdjęciu po prawej stronie), absolwenta fizyki UCSC i doktoranta profesora Velasco. „Odkrycia w naszej pracy wskazują również, że kropki kwantowe z grafenu mogą potencjalnie przenosić gigantyczny stały prąd (przewodzą ciągły, bez potrzeby zewnętrznego źródła zasilania) w małym polu magnetycznym” — powiedział Ge. „Taki prąd może być ewentualnie wykorzystany do symulacji i obliczeń kwantowych”.
W omawianym badaniu przyjrzano się kropkom kwantowym zarówno w grafenie jednowarstwowym, jak i skręconym dwuwarstwowym. Wspomniany wyżej materiał spoczywa na warstwie izolacyjnej z sześciokątnego azotku boru, a napięcie przyłożone końcówką mikroskopu STM tworzy w niej ładunki. Te służą do elektrostatycznego ograniczania elektronów płynących w grafenie. Chociaż laboratorium Velasco wykorzystuje STM do generowania i badania kropek kwantowych grafenu, prostszy system spożytkowujący metalowe elektrody w układzie poprzecznym mógłby być zastosowany w docelowym czujniku magnetycznym. Ponieważ grafen jest bardzo elastyczny, sensor można zintegrować z podłożami, aby umożliwić wykrywanie pola magnetycznego na powierzchni zakrzywionych obiektów. „Można mieć wiele kropek kwantowych w układzie, a to może być zużytkowane do pomiaru pól magnetycznych w żywych organizmach. A także celem zrozumienia, w jaki sposób pole magnetyczne jest rozprowadzane w materiale lub urządzeniu” — podsumował Velasco, wskazując potencjalne zastosowania swojego nowego sensora.
Źródło: https://phys.org/news/2023-03-graphene-quantum-dots-magnetic-field.html
Cool? Ranking DIY
