Команда нобелевского лауреата Андрея Гейма из Манчестерского университета сделала новое открытие, связанное с графеном. Ученые показали, что эта форма углерода как никакой другой материал способна менять свое сопротивление во внешнем магнитном поле, причем при комнатных температурах, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature.
В 2010 году Нобелевская премия по физике была присуждена выпускникам МФТИ Андрею Гейму и Константину Новоселову за первое практическое получение графена — двумерной формы углерода, обладающей множеством полезных свойств.
С тех пор Андрей Гейм, работающий в Манчестерском университете, продолжает заниматься графеном, узнавая о все новых необычных характеристиках этого материала.
Новое открытие команды Гейма связано с таким физическим свойством некоторых материалов, как магнитосопротивление. Это явление состоит в способности изменять свое электрическое сопротивление под воздействием внешнего магнитного поля.
Ученые давно ищут соединения, способные сильно менять сопротивление в магнитном поле — такие материалы требуются в различных областях техники, в каждом современном автомобиле и компьютере есть магнитные датчики, работающие на этом эффекте. Однако материалы с действительно высоким магнитосопротивлением редки — как правило, большинство металлов и полупроводников при комнатной температуре под воздействием магнитного поля меняют свое сопротивление лишь на долю процента. Поэтому для наблюдения сильного магнитосопротивления ученые обычно охлаждают материалы до температуры жидкого гелия.
Теперь же ученые под руководством Гейма показали, что высокое магнитосопротивление демонстрирует «старый, добрый» графен, который детально изучается последние два десятилетия. «Люди, как я, работающие с графеном, всегда чувствуют, что эта золотая жила физики должна была давно иссякнуть. Но этот материал продолжает доказывать, что мы не правы, обнаруживая каждый раз новые воплощения. Сегодня я снова вынужден признать — графен умер, да здравствует графен», — отметил ученый.
В экспериментах Гейм с коллегами вводили графен в особое состояние, при котором в нем создается плазма из так называемых фермионов Дирака, которые демонстрируют высокую подвижность. Такое свойство этих частиц и нейтральность плазмы — главные причины продемонстрированного высокого магнитосопротивления. В экспериментах сопротивление росло на 100% в полях обычных постоянных магнитов с индукцией 0,1 Тесла при комнатной температуре. По словам ученых, такое магнитосопротивление — рекорд для всех известных науке материалов.
«За последние 10 лет электронное качество графеновых приборов чрезвычайно выросло, и каждый стремится найти новые эффекты при низких температурах жидкого гелия, не замечая, что происходит при комнатных температурах. Это не удивительно, поскольку чем холоднее ваш образец, тем интереснее он обычно себя ведет. Мы решили поднять температуру и неожиданно столкнулись с изобилием новых эффектов», — пояснил Алексей Бердюгин, соавтор исследования.