Команда фізиків відшукала у зразках одношарового графену прояви гігантського магнітоопору — явища зміни електроопору при потраплянні у магнітне поле. Графен демонстрував зростання опору з індукцією магнітного поля на кількасот відсотків, хоча опір мав різний характер у слабких і сильних магнітних полях. Вчені сподіваються, що їхні експерименти допоможуть краще зрозуміти явище магнітоопору та використовувати його в електроніці. Робота опублікована в Nature.
Ілюстрація структури графену. Shutterstock / OliveTree
Що таке магнітоопір?
Змінюючи електроопір у відповідь на прикладене магнітне поле, матеріали демонструють явище магнітоопору. Воно виникає внаслідок викривлення траєкторій носіїв струму у матеріалі під впливом магнітного поля. Одним з проявів такого явища є гігантський магнітоопір. Його виявили у багатошарових магнітних матеріалах, в яких феромагнітні шари розділяли немагнітними шарами товщиною в кілька нанометрів, що призводило до значного зниження електроопору. Ефект виявився набагато більшим, ніж відомі на той час прояви магнітоопору, тому і отримав назву «гігантський магнітоопір» та знайшов багато застосувань в електроніці.
Тепер команда фізиків з університетів Великобританії та Сингапуру повідомила, що їй вдалося виявити явище гігантського магнітоопору в одношаровому бездефектному графені.
У чому особливість магнітоопору в графені?
Графеном називають одну з модифікацій вуглецю, матеріал товщиною в один атом, який відрізняється високою рухомістю носіїв заряду — понад сто тисяч квадратних сантиметрів на вольт на секунду. У бездефектному графені, де електрони і дірки розподілені рівномірно, вони поводяться як плазма, у якій безмасові електрони та дірки стикаються з великою швидкістю. Вона виявляє незвичні властивості, як-от квантово-критичне розсіяння чи навіть гідродинамічні характеристики. Однак, мало відомо про поведінку плазми частинок у магнітних полях.
Для свого експерименту фізики приклали до одношарового графену електричне поле, щоб зрівняти кількість електронів і дірок. Отриманий бездефектний графен фізики поміщали у магнітні поля величиною від 0,1 тесла до 10.
Порівняннязалежності опору одношарового графену з двошаровим та графітом за магнітних полів до 0,1 тесла. Na Xin et al. / Nature, 2023
За менших магнітних полів, прикладених перпендикулярно до зразка графену, опір виріс на 110 відсотків, квадратично з ростом магнітного поля за температури у 300 кельвінів. За сильних магнітних полів спротив набув лінійного характеру та став збільшуватися лінійно з ростом магнітного поля, причому на 2 500 і 8 600 відсотків. Це на кілька порядків вище, ніж магнітоопір, виявлений у будь-якому іншому матеріалі за таких температур.
Залежність опору графену за магнітного поля до 10 тесла. Na Xin et al. / Nature, 2023
Отримані результати фізики сподіваються використати для пояснення механізмів появи гігантського магнітоопору і в інших матеріалах, що знадобиться для використання цього явища у спінтронних пристроях