Sciencemag.cz
Doporučujeme
Elektrony v grafenových kvantových tečkách mohou fungovat jako extrémně citlivý senzor vnějšího magnetického pole.
Když jsou tyto elektrony uzavřeny v kvantové tečce, pohybují se vysokou rychlostí v kruhových smyčkách kolem okraje tečky. Tyto proudové smyčky vytvářejí magnetické momenty, které jsou velmi citlivé na vnější magnetické pole.
Vědci z Kalifornské univerzity v Santa Cruz, univerzity v Manchesteru (místo objevu grafenu) a japonského National Institute for Materials Science použili k vytvoření kvantových teček v grafenu rastrovací tunelový mikroskop (STM). Studie se zabývala kvantovými tečkami v jednovrstvém grafenu i ve dvouvrstvém grafenu s vrstvami různě pootočenými. Grafen byl usazen na izolační vrstvě hexagonálního nitridu boru. Napětí přiložené pomocí hrotu STM vytvářelo v nitridu boru náboje, které sloužily k elektrostatickému omezení (uzavření do tečky) elektronů v grafenu.
Takto vytvořený senzor vnějšího magnetického pole dokáže detekovat magnetická pole v nanoměřítku s vysokým prostorovým rozlišením. Pole z více kvantových teček by díky tomu mohlo např. mapovat rozložení magnetického pole nejen v různých materiálech/zařízeních, ale i v živých organismech. Pro praktické využití senzorů je možné i jednodušší uspořádání, bez nutnosti využívat mikroskop.
Ze studie také vyplývá, že grafenové kvantové tečky mohou potenciálně hostit obří trvalý proud (=bez potřeby vnějšího zdroje energie) ve slabém magnetickém poli. Takové uspořádání by se mohlo dát využít i pro kvantové výpočty.
Mimochodem, tisková zpráva Kalifornské univerzity v Santa Cruz v této souvislosti opakuje, že elektrony v grafenu se chovají, jako by měly nulovou hmotnost. Což se podává tak, že to neznamená, že by se pohybovaly rychlostí světla, ale že mezi energií a hybností platí stejný vztah jako u fotonů. Elektrony v grafenu jsou „ultrarelativistické objekty“.
Vladimir Fal’ko, Giant orbital magnetic moments and paramagnetic shift in artificial relativistic atoms and molecules, Nature Nanotechnology (2023). DOI: 10.1038/s41565-023-01327-0. www.nature.com/articles/s41565-023-01327-0
Zdroj: University of California – Santa Cruz/Phys.org
