Идея о том, что деформация слоя углерода толщиной в один атом может приводить к появлению псевдомагнитного поля, была сформулирована в статье «Energy gaps and a zero-field quantum Hall effect in graphene by strain engineering», опубликованной в начале этого года в журнале Nature Physics. Растяжение по трём основным кристаллографическим направлениям, рассуждали учёные, должно действовать примерно так же, как однородное магнитное поле с индукцией, превышающей 10 Тл.

В классическом представлении электрон в магнитном поле, напомним, движется по круговой орбите, а его энергия может принимать любые значения; при переходе к квантовомеханическому рассмотрению энергия становится квантованной. Дискретные значения энергии, отвечающие движению в плоскости, перпендикулярной полю, называют уровнями Ландау. Число электронов, которые могут разместиться на каждом уровне Ландау, зависит от индукции поля: чем она выше, тем больше плотность состояний на уровнях.

Авторы эксперимента изучали выращенные на платиновой подложке монослои графена, используя сканирующий туннельный микроскоп. Такой микроскоп оснащается острой иглой, подводимой к образцу на расстояние менее 10 Å; при подаче напряжения возникает туннельный ток, изменения величины которого позволяют определять плотность электронных состояний. Для того чтобы увеличить разрешение получаемых изображений, образец охладили до нескольких кельвинов. И платина, и графен естественным образом сжались, но изменение размера подложки оказалось более значительным.

«Графен покрылся микроскопическими «пузырьками» пирамидальной формы, - рассказывает руководитель группы Майкл Кромми (Michael Crommie) из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли. - С ними были связаны чёткие пики плотности состояний - именно такие, какие были предсказаны для уровней Ландау в деформированном графене». Размер «пузырьков» у основания изменялся от 4 до 10 нм, а их высота достигала 2 нм; в некоторых случаях результаты измерений свидетельствовали об образовании псевдомагнитного поля с гигантской индукцией в 300 Тл и выше. «Лабораторный рекорд индукции поля, которое продержалось тысячные доли секунды, составляет всего 85 Тл», - замечает г-н Кромми.

Проверить эти данные помогло моделирование: в расчётах были получены аналогичные значения индукции (200-400 Тл) для «пузырьков» соответствующей формы и размеров.
По словам физиков, обнаруженный эффект может использоваться и для изучения свойств электронов в графене, помещённых в магнитные поля с недоступными экспериментаторам параметрами, и в практических целях - для изменения электронных характеристик материала. Андрей Гейм, один из авторов упомянутой выше теоретической работы, также считает новое направление исследований весьма перспективным, отмечая, что в будущем графен, возможно, станет основой прецизионных тензометрических датчиков. «Я и не надеялся на то, что наша теория подтвердится уже через несколько месяцев, - признаётся г-н Гейм. - Мы рассчитывали на индукцию в 10 Тл, а получили в 30 раз больше».

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber