Grafen, oda sıcaklığında rekor kıran manyetik özellikler gösterir

Grafenin keşfinden yaklaşık 20 yıl sonra yapılan araştırmalar, grafenin bildiğimiz en manyetodirençli malzeme olduğunu gösteriyor. Bu, bir gün verileri nasıl depoladığımıza yönelik uygulamalara sahip olabilecek bir manyetik alana yanıt olarak elektrik direncini değiştirme yeteneğini açıklar.

Petek benzeri bir yapıda bir karbon atomu tabakası olarak düzenlenmiş grafenin – grafitten çıkarılan iki boyutlu bir malzeme – elmastan daha güçlü olduğu ve elektriği bakırdan daha iyi iletebildiği zaten biliniyordu.

Şimdi, Andre Geim İngiltere’deki Manchester Üniversitesi’nden ve meslektaşları, oda sıcaklığında benzeri görülmemiş bir manyetodirenç gösterdiğini keşfettiler.

Bunu ortaya çıkarmak için ekip önce bir malzemenin elektrik akımını oluşturmaktan sorumlu olan yük taşıyıcılarının sayısını eşitlemek için bazı grafene bir elektrik alanı uyguladı. Bu taşıyıcılar, negatif yüklü elektronlardan ve pozitif yüklü deliklerden oluşur.

Petek yapısında hiçbir kusuru olmayan bozulmamış grafen, eşit sayıda elektron ve deliğe sahiptir. Bu tür grafenleri üretmek zor olduğu için, araştırmacılar kusurlu grafenin yapısını ayarlamak için bir elektrik alanı kullandılar ve malzemeyi daha bozulmamış bir durumda araştırmalarını sağladılar.

Grafen araştırmasıyla 2010 Nobel fizik ödülünü kazanan Geim, malzemenin yapısındaki kusurların manyetodirenci etkilediğini söylüyor.

Daha sonra araştırmacılar, manyetodirencinin nasıl değiştiğini ölçmek için grafene farklı manyetik alanlar uyguladılar. Küçük manyetik alanlar uygulanırken bile elektrik direnci önemli ölçüde değişti.

Araştırmacılar makalelerinde, bunun kısmen grafenin elektronlarına ve deliklerinin oldukça hareketli olmasına ve bu nedenle harici bir manyetik alandaki küçük değişikliklere karşı hassas olmasına bağlı olduğunu yazıyor.

Çoğu malzeme sadece çok düşük sıcaklıklarda manyetodirenç gösterir. Araştırmacılara göre bu deneyde grafen, oda sıcaklığında önceki çalışmalarda test edilen grafit ve bizmut gibi diğer tüm materyallerden daha fazla manyetodirençliydi.

Manyetodirençli malzemeler, bir teyp veya disk üzerinde küçük manyetik modeller olarak depolanan bilgileri yorumlamak için veri depolama cihazlarında halihazırda kullanılmaktadır. Araştırmacılar, grafen üzerinde çalışmaya devam etmeyi planlıyor ve “uygulamaları takip edecek”, araştırmacı Leonid Ponomarenko İngiltere’deki Lancaster Üniversitesi’nde, bir açıklamada söyledi.

Antonio Helio Castro Neto Singapur Ulusal Üniversitesi’nden araştırmacılar, keşfin temel fiziği keşfetmede kapılar açabileceğini söylüyor.

Grafen iki boyutlu bir malzeme olduğundan, bu yük taşıyıcıların hareketi ince bir tabaka ile sınırlıdır, diyor.

Castro Neto, “Bu rejimde, delikler ve elektronlar arasındaki etkileşimler son derece güçlü hale geliyor ve bu etkileşimleri kontrol etmek ve onları neyin yönettiğini daha fazla incelemek için yer var” diyor.