Скрытая квантовая сила графена может изменить будущее электроники

Ученые показали, что электронные состояния графена можно точно контролировать с помощью фемтосекундных лазерных импульсов. Этот прорыв приближает лазерно-инженерные квантовые материалы к реальным технологиям. Автор: AI/ScienceDaily.com

Графен — это удивительная форма углерода, состоящая из одного слоя плотно соединенных атомов толщиной всего в один атом. Несмотря на свою тонкость, он обладает высокой стабильностью и исключительной электропроводностью. Благодаря этим качествам графен считается «чудо-материалом» и уже исследуется для создания гибких электронных экранов, высокочувствительных сенсоров, продвинутых аккумуляторов и солнечных элементов следующего поколения.

Новое исследование под руководством Гёттингенского университета в сотрудничестве с командами из Брауншвейга, Бремена и Фрибура показывает, что графен способен на большее. Впервые ученые непосредственно наблюдали «эффекты Флоке» в графене. Это открытие разрешает давний научный вопрос: Флоке-инженерия — техника, в которой световые импульсы точно изменяют свойства материала — может функционировать и в металлических и полуметаллических квантовых материалах, таких как графен. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Прямые доказательства состояний Флоке в графене

Для изучения этих эффектов команда использовала фемтосекундную импульсную микроскопию — метод, позволяющий исследователям фиксировать чрезвычайно быстрые изменения в электронном поведении. Образцы графена освещались быстрыми вспышками света, а затем изучались с помощью запаздывающего импульса, чтобы отследить, как электроны реагируют на ультракоротких временных масштабах.

«Наши измерения ясно доказывают, что «эффекты Флоке» возникают в фотоэмиссионном спектре графена», — говорит доктор Марко Мербольдт из Гёттингенского университета, первый автор исследования. — «Это делает очевидным, что Флоке-инженерия действительно работает в этих системах — и потенциал этого открытия огромен».

Их результаты демонстрируют, что Флоке-инженерия эффективна в широком спектре материалов. Это приближает ученых к возможности формировать квантовые материалы с определенными характеристиками с помощью лазерных импульсов в чрезвычайно короткие интервалы времени.

Светоуправляемые квантовые материалы для технологий будущего

Возможность точной настройки материалов может заложить основу для будущей электроники, компьютеров и высокоразвитых сенсоров. Профессор Марсель Ройцель, который руководил проектом в Гёттингене вместе с профессором Штефаном Матиасом, объясняет:

«Наши результаты открывают новые способы управления электронными состояниями в квантовых материалах с помощью света. Это может привести к технологиям, в которых электроны манипулируются целенаправленно и контролируемым образом».

Ройцель продолжает:

«Что особенно захватывающе, так это то, что это также позволяет нам исследовать топологические свойства. Это особые, очень стабильные свойства, которые обладают большим потенциалом для разработки надежных квантовых компьютеров или новых сенсоров для будущего».

Это исследование было поддержано Немецким научно-исследовательским сообществом (DFG) через совместный исследовательский центр Гёттингенского университета «Контроль преобразования энергии на атомных масштабах».

Источники: sciencedaily.com, University of Göttingen