Деформированный графен демонстрирует невиданную ранее форму магнетизма

Строение графена, который представляет собой «лист» атомов углерода одноатомной толщины, достаточно простое, однако, этот условно двумерный материал обладает целым рядом уникальных и удивительных свойств. Не так давно, группа ученых из Стэнфордского университета показала, что графен, деформированный особым образом, может производить магнитное поле. Но самым удивительным в этом является то, что эта новая и особая форма магнетизма существовала ранее только в теории.

Двумерная природа графена определяет то, что электроны в этом материале движутся только по двум пространственным координатам, что и определяет целый ряд необычных свойств материала. В прошлом году исследователи из Массачусетского технологического института, используя это, превратили графен в сверхпроводящий материал, сложив вместе два графеновых листа и скрутив их особым образом.

Группа из Стэнфорда пыталась повторить сделанное учеными из Массачусетса, но они обнаружили, что когда через графен пропускается электрический ток и он подвергается деформации определенного вида и силы, то материал обретает магнитные свойства и вырабатывает магнитное поле. Это не первый раз, когда графен был искусственно наделен магнитными свойствами, однако ранее это достигалось путем воздействия на материал внешним магнитным полем, введения добавок в структуру или объединения графена с другими магнитными материалами.

Наиболее интересным является то, что магнетизм деформированного графена не является ферромагнетизмом, самым распространенным видом магнетизма, который возникает вследствие синхронизации спинов электронов. Вместо этого магнетизм возник из-за линейного выравнивания орбитального движения электронов, что известно в науке под названием орбитальный ферромагнетизм. «Это первый известный науке пример орбитального ферромагнетизма» — пишут исследователи, — «Но наиболее удивительным является то, что вопреки нашим ожиданиям мы не только видим проявление эффекта Холла в данном случае, а видим достаточно мощное проявление этого эффекта».

В своих экспериментах ученые зажали два слоя графена между тонкими слоями нитрида бора, также имеющего шестиугольную кристаллическую решетку. Затем они начали вращать один из слоев нитрида бора, что привело к искривлению всей структуры в целом и позволило сохранить в целостности двойной графеновый «бутерброд». Деформирующий графен поворот, был сильнее, чем это делали ранее ученые из Массачусетса, которые поворачивали лист на 1.1 градуса. Стэнфордские же ученые повернули графен на 1.2 градуса и этой, вроде бы незначительной, разницы хватило для возникновения магнетизма у материала.

Магнитное поле, вырабатываемое деформированным графеном очень слабо, оно в миллион раз слабее поля от простого магнита для холодильника. Однако, и даже такое слабое магнитное поле может оказаться очень полезным в некоторых специфических областях применения.

«Двойной слой деформированного графена может быть переключен в магнитное состояние и наоборот при помощи очень малого количества энергии, а его состояние может быть легко прочитано при помощи электроники» — пишут исследователи, — «И факт того, что магнитное поле этого материала не направлено наружу, позволит упаковать магнитные биты очень плотно, не боясь их взаимного вмешательства. Это, в свою очередь, позволит в будущем получить такую плотность записи информации, которая даже сейчас может показаться чем-то из разряда научной фантастики».