L'illustrazione mostra come l'applicazione di un semplice allungamento a un foglio di grafene di forma specifica crei un campo pseudomagnetico stabile e controllabile.
I ricercatori dell'Università del Maryland (UMD) hanno fatto una scoperta rivoluzionaria nella ricerca sul grafene che potrebbe fornire un banco di prova per capire come si muovono gli elettroni in campi magnetici estremamente elevati. Dalla sua scoperta nel 2004, il grafene è diventato una celebrità nel mondo della fisica e della scienza dei materiali grazie alle sue straordinarie proprietà fisiche.
Uno dei materiali più sottili e resistenti mai realizzati sulla terra con incredibili poteri di conduttività, il grafene è diventato rapidamente uno dei materiali più versatili scoperti. La ricerca relativa al grafene sta attualmente alimentando nuove applicazioni potenzialmente rivoluzionarie in tutto, dall'elettronica più veloce, tecnologia indossabile e abbigliamento intelligente per un migliore accumulo di energia, sensori e dispositivi medici. E adesso, gli ingegneri meccanici dell'UMD potrebbero aver trovato un modo per renderlo ancora più potente.
Studente laureato Shuze Zhu e Professore Associato Teng Li (link is external), insieme al collaboratore del National Institute of Standards and Technology (NIST) Joseph Stroscio, hanno sviluppato un modello teorico che dimostra come modellare e allungare il grafene per creare un potente, forza magnetica regolabile e sostenibile.
Quando allungato, o teso, gli elettroni del grafene si comportano come se si trovassero in un forte campo magnetico. Questo cosiddetto effetto pseudomagnetico potrebbe aprire nuove possibilità nell'elettronica del grafene, ma così lontano, i ricercatori sono stati in grado di indurre solo tali pseudocampi che sono stati altamente localizzati e richiedono condizioni di carico peculiari che sono proibitive da realizzare in pratica. Però, I ricercatori del Maryland potrebbero aver spiegato come modellare un nastro di grafene in modo che semplicemente tirando le sue due estremità si produca un campo pseudomagnetico uniforme. E con le attuali tecnologie di nanofabbricazione, il team è fiducioso di poter presto trasformare il proprio modello teorico in una realtà progettuale.
"I nostri risultati rivelano una soluzione facile ma efficace per ottenere un campo pseudomagnetico estremamente elevato in un grafene planare con un semplice allungamento, ", ha affermato il capo della ricerca, il professore associato Teng Li.
Nel 2010, i ricercatori hanno scoperto per caso che quando si maneggia un reticolo bidimensionale di grafene, un minuscolo triangolo, La forma della bolla creata nel materiale ha causato un campo pseudomagnetico nella piccola bolla fino a 300 Tesla, ben oltre ciò che può essere ottenuto con magneti da laboratorio stabili. Il record attuale per un campo magnetico prodotto in laboratorio è di soli 85 tesla per meno di una piccola frazione di secondo.
Anche se sembra abbastanza semplice allungare un materiale in due direzioni, come tirare le estremità di un elastico, il team ha scoperto che il foglio di grafene doveva non solo essere allungato, ma che anche il foglio deve essere sagomato in modo specifico. Un semplice rettangolo o quadrato di grafene, quando allungato, non creerebbe un campo pseudomagnetico.
Ma quando il grafene si è formato in una forma affusolata come un trapezio o uno stendardo, tirando le estremità si produce una tensione che aumenta costantemente lungo la lunghezza del nastro, e questo gradiente di deformazione costante dà un'uniforme, e controllabile, campo pseudomagnetico. E maggiore è lo sforzo applicato al materiale, maggiore è la forza magnetica. Il modello della squadra, che è stato verificato attraverso tre modelli computazionali, prevede una magnitudine del campo sintonizzabile da zero a 200 Tesla.
Questo tipo di campo pseudomagnetico controllato crea il potenziale per nuovi modi di studiare il movimento degli elettroni in un campo magnetico alto controllabile. Attualmente, non esiste un metodo sostenibile per generare campi magnetici di questa portata. I campi indotti – se resi più spazialmente uniformi – potrebbero potenzialmente consentire nuovi concetti di elettronica, come "valleytronics, " in cui gli elettroni si separano tra diverse valli nella struttura a bande del grafene.
