خاصیت مغناطیس اسپین مجازی گرافن‌ها

دانسیته بار در گرافن‌های دو لایه به طور خود به خودی به یکی
از دو لایه انتقال می‌یابد. این پیش‌بینی که توسط فیزیکدانان
در آمریکا و ایتالیا انجام شده است، بدین معنی است که گرافن
همانند یک «مغناطیس اسپین مجازی» رفتار می‌کند. اگر این پیش‌بینی
توسط آزمایشات تجربی تأیید شود، نتایج این کار می‌تواند راه را
برای تولید ابزارهای الکتریکی با پراکندگی بسیار پایین از
گرافن هموار کند؛ در این ابزارها اختلاف پتانسیل مورد نیاز
برای ایجاد جریان در تراشه بسیار پایین‌تر از انرژی گرمایی است.

اختلاف پتانسیل مورد نیاز برای ایجاد جریان در ابزارهای
الکترونیکی امروزی بیش از ده برابر بزرگ‌تر از انرژی گرمایی در
دمای اتاق است. نتایج جدید (اگر تأیید شوند) می‌توانند این امر
را تغییر دهند، زیرا حالت‌های متفاوت فرومغناطیسی در گرافن را
می‌توان با استفاده از یک انرژی به ازای هر الکترون (که بسیار
کمتر از انرژی گرمایی در دمای اتاق است) به سرعت عوض کرد.

هونکی مین از دانشگاه تگزاس در اوستین و همکارانش پیش‌بینی می‌کنند
که بار در یک گرافن دولایه‌ای خنثی به طور خود به خودی به یکی
از دو لایه انتقال می‌یابد. مین در مصاحبه با nanotechweb.org
بیان داشت: «ما این حالت را مغناطیس اسپین مجازی می‌نامیم و بر
این باوریم که این پدیده اثراتی را از خود نشان خواهد داد که
مشابه اثرات ایجاد شده در اسپینترونیک فلزی است و به نام
مقاومت مغناطیسی بسیار قوی و گشتاور انتقال اسپین خوانده می‌شوند».

این محققان نتایج خود را با استفاده از محاسبات مستقل
«Hartree-Fock» برای یک سیستم دولایه‌ای گرافن در یک «محدوده
پیوسته» به دست آوردند. آنها مشاهده کردند که عدم تقارن
ویژه‌ای که در دولایه‌ای‌های گرافن مشاهده می‌شود، به دلیل
ویژگی‌های غیرمعمول کایرال حالت‌های پیوندی آن مطلوب می‌باشد.
این ویژگی‌های کایرال برای اولین بار در آزمایشات اثر کوانتوم
هال که توسط محققان دانشگاه منچستر انگلیس و دانشگاه کلمبیا در
آمریکا در سال ۲۰۰۵ انجام شد، تأیید گردید.

تنها مانع این است که ارتباطات الکترونیکی که در تئوری
Hartree-Fock مد نظر قرار نمی‌گیرند، ممکن است ویژگی‌های گرافن
را به اندازه‌ای تغییر دهند که حالات فرومغناطیس اسپین مجازی
به بیرون از محدوده قابل دسترسی فیزیکی منتقل شوند. این تیم
پژوهشی می‌گوید که تأثیر چنین تداخل‌هایی را در نظر خواهد گرفت
به نحوی که اطمینان بیشتری روی پیش‌بینی‌های خود داشته باشند.
مین می‌افزاید: «از نظر تجربی تولید نمونه‌های گرافنی که
تقریباً کامل هستند از اهمیت بالایی برخودار است».