Zázračný materiál grafén posúva fyzikálne limity: Znova prekvapuje vedcov!
Grafén sa vyzačuje mnohými pozoruhodnými vlastnosťami, no tentokrát vedci skúmali jednu, ktorú doteraz prehliadali.
V rámci svojho nového výskumu vedci z University of Manchester odhalili rekordne vysokú magnetorezistenciu grafénu, ktorá sa objavuje pri ambientných podmienkach. Pre tých, ktorí nevedia, tak ambientné podmienky sú okolnosti, ktoré ovplyvňujú prostredie, v ktorom sa nachádzame.
Magnetorezistencia označuje vlastnosť, keď istý materiál mení svoju vodivosť vplyvom magnetického poľa. Niektoré materiály vykazujú pod magnetickým poľom výrazné zmeny a práve tieto materiály vedci vyhľadávajú a následne premietajú do rôznych sfér. Magnetická rezistencia sa využíva napríklad v automobilovom priemysle alebo informačných technológiách.
„Materiály, ktoré silne menia svoj odpor pod magnetickými poľami, sú veľmi vyhľadávané pre rôzne aplikácie a napríklad každé auto a každý počítač obsahuje veľa malých magnetických senzorov.“, vysvetľujú vedci.
Materiály s výraznou magnetorezistenciou sú vzácne. Drvivá väčšina kovov mení pri izbovej teplote a prakticky dosiahnuteľných magnetických poliach svoju vodivosť len veľmi málo, typicky menej ako milióntinu percenta. Ak chcú vedci pozorovať silnú magnetorezistenciu, musia materiál schladiť na teploty tekutého hélia, teda na -269 stupňov Celzia.
Nový výskum sa zameral na grafén, materiál ktorý už posledných dvadsať rokov podlieha intenzívnym vedeckým štúdiám. Teraz si vedci všimli, že vykazuje pozoruhodne silnú magnetorezistenciu. Tá presahuje 100% v magnetických poliach štandardných permanentných magnetoch (asi 1 000 Gauss). Inými slovami povedané, ide o zatiaľ najsilnejšiu magnetorezistenciu spomedzi všetkých známych materiálov.
„Štúdii grafénu sa venuje mnoho vedcov ako ja. Veríme, že táto fyzikálna zlatá baňa mala byť už dávno vyčerpaná. Náš nový objav ale naznačuje, že stále existuje množstvo vecí, ktoré o tomto materiáli nevieme,“ vyjadril sa Sir Andre Geim, jeden z autorov štúdie.
Pre dosiahnutie tohto cieľa výskumníci použili vysokokvalitný grafén a „naladili ho“ na jeho vlastný, pôvodný stav, v ktorom boli excitované iba nábojové nosiče energie v dôsledku teploty.
Neprehliadnite
Pozoruhodné vlastnosti pri izbovej teplote
Magnetorezistenciu grafénu výskumníci dosiahli tak, že ho dostali do stavu, v ktorom existovali len prenášače náboja, ktoré sú ovplyvnené teplotou. To vytvorilo plazmu rýchlo sa pohybujúcich fermiónov. Tie s síce rozptyľovali, no napriek tomu si udržali vysokú mobilitu. Neutralita a vysoká mobilita predstavujú kľúčové vlastnosti pre mimoriadne vysokú magnetorezistenciu materiálu.
Výskumníci vysvetľujú, že posledných desať rokov sa vedci pokúšajú hľadať to, čo sa s grafénom deje pri teplotách -269 stupňov Celzia. Len málo výskumov sa zameriava na to, čo sa deje pri izbovej teplote. Vlastnosti grafénu sa stávajú fascinujúcejšími, čím nižšie s teplotou ideme. Aj pri normálnych teplotách však môže grafén ponúknuť zaujímavé vlastnosti.
Pri vyšších teplotách sa z grafénu stáva takzvaný „zvláštny kov“. Ide o skupinu materiálov, v ktorej prebieha rozptyl elektrónov mimoriadne rýchlo. Jediné čo určuje tento rozptyl je Heisenbergova neurčitosť. Práca vedcov zároveň odhalila obrovskú lineárnu magnetorezistenciu, ktorá síce bola objavená pred viac ako sto rokmi, no stále ostáva pre vedcov viac-menej záhadou.
Autori novej štúdie tvrdia, že prostredníctvom grafénu by sa mohli o tomto záhadnou jave dozvedieť niečo viac. Grafén pri izbovej teplote ponúka výskumníkom možnosť, ako študovať úplne nové fenomény, ktoré doteraz prehliadali. Vo svojej práci pokračujú aj naďalej a tvrdia, že v budúcnosti budú takmer isto publikovať aj ďalšie fascinujúce zistenia.
Komentáre