Foto: © nanomanpro / Dollar Photo Club

Speciální magnetické detektory – když grafen a diamant spolupracují

Elektrony v grafenu se chovají zvláštně, jejich proud se přirovnává ke kapalině. Jak ale takové elektrické proudy přesně zaznamenávat a podrobněji analyzovat? Právě to by mohla umožnit jiná modifikace uhlíku, diamant. Příslušný detektor by se přitom dal využít třeba i ke zkoumání vysokoteplotních supravodičů.
Samotný princip detekce je jednoduchý. Pohybující se elektrický náboj vytváří magnetické pole. V roli jeho ultracitlivého detektoru funguje diamant s nečistotami, konkrétně dopovaný dusíkem – ovšem tak, že ve struktuře vznikne současně díra, tj. namísto 2 atomů uhlíku je jen jeden dusík a jedno místo zůstane volné (nitrogen vacancy). Ronald Walsworth a Mark Ku z University of Maryland a Amir Yacoby z Tony Zhou (výčet zúčastněných autorů ani institucí není kompletní) uvádějí, že dusíková díra se pak v diamantu chová jako speciální atom nebo iont, má vlastní energetické hladiny pro elektrony, které odpovídají absorpci a emisi světla (fotonů o určitě energii). Konkrétně může dusíková díra fungovat tak, že absorbuje zelené světlo a vyzařuje červené světlo (o nižší energii). Jde o jev podobný fluorescenci, klíčové zde však je to, že intenzita červeného světla, tj. to, jak dochází zase k přeskoku na nižší energetickou hladinu, závisí na vnějším magnetickém poli. Diamant proto může fungovat jako velmi citlivý detektor jeho změn a z toho lze zase získat přesnou představu o fungování elektrických proudů v grafenu.
Současné metody umožňují už např. připravit i kousek diamantu s jedinou dusíkovou dírou a ten pak umístit v grafenu nad vodivý kanál (poznámka PH: asi nějak jako: nad geometrickou spojnici připojených elektrod apod.). Díra pak vyhodnocuje proud do vzdálenosti asi 50 nm. Tento postup je přesný, ovšem časově náročný – samotné vodivé kanály v grafenu, které se zkoumaly, nebyly užší než 1 000 nm, takže diamantový detektor bylo třeba posouvat. Druhou možností je položit grafen na diamantovou fólii s mnoha dusíkovými dírami, a získat tím méně přesný, ale úplný 2D snímek ve stejném okamžiku.
A co vlastně znamená, když řekneme, že elektrony v grafenu se chovají jako kapalina? Interagují spolu a vzájemně se táhnou (poznámka PH: i když se jako stejně elektricky nabité částice odpuzují; i v tom je to celé zamotané). Tuto vlastnost kapalin popisuje jejich viskozita. Při proudění kapalin to pak znamená, že uprostřed trubky teče voda (nemluvě třeba o medu) rychleji než na okrajích. U grafenu to, na rozdíl od měděného drátu, funguje stejně i pro pohyb elektronů. Naopak v běžných, byť dobře vodivých materiálech elektrony interagují mnohem spíše s lokálními nečistotami apod. překážkami. Ty jsou nespíš rozptýleny v materiálu náhodně, takže rychlost pohybu elektronů pak nezávisí na vzdálenosti od okraje vodiče. A mimochodem: elektrický proud v grafenu je podle nových měření viskózní již při běžné teplotě.
Takto chápáno pak supravodivost vyžaduje dvě podmínky. Za prvé snížení interakcí elektronů s nečistotami, čehož lze obecně dosáhnout snížením teploty. Jenže ani tak ne v každém materiálu spolu elektrony začnou interagovat potřebným způsobem – a to je právě ta druhá podmínka.
Každopádně podobné metody měření detailní podoby elektrických proudů mají kromě supravodivosti vztah i k souvisejícím jevům a konceptům (kvantový Hallův jev, topologické supravodiče, Diracovy tekutiny…).

Imaging viscous flow of the Dirac fluid in graphene, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2507-2
Zdroj: University of Maryland/Phys.org

Metastázování rakoviny spouští nedostatek kyslíku

Metastáze, tedy rakovinné buňky odštěpující se od primárního nádoru, které migrují krevním řečištěm a pokoušejí …

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close