پژوهشگران آزمایشگاه ملی بروکاون، با مطالعه سه لایه گرافن که به‌صورت خاصی روی هم قرار گرفته است، موفق شدند شبه ذره جدیدی را کشف کنند. شبه ذرات، مواد شبیه به ذره بوده که دارای بار الکتریکی هستند. برخلاف شبه ذرات شبیه به فوتون که جرم ندارند، این شبه ذرات دارای جرم بوده و این جرم بستگی به انرژی (یا سرعت) آنها دارد، اگر این ذرات متوقف شوند آنگاه جرم آنها بی‌نهایت خواهد شد.
شناسایی شبه ذرات در گرافن‌های سه لایه
پژوهشگران آزمایشگاه ملی بروکاون، با مطالعه سه لایه گرافن که به‌صورت خاصی
روی هم قرار گرفته است، موفق شدند شبه ذره جدیدی را کشف کنند. شبه ذرات،
مواد شبیه به ذره بوده که دارای بار الکتریکی هستند. برخلاف شبه ذرات شبیه
به فوتون که جرم ندارند، این شبه ذرات دارای جرم بوده و این جرم بستگی به
انرژی (یا سرعت) آنها دارد، اگر این ذرات متوقف شوند آنگاه جرم آنها بی‌نهایت
خواهد شد.
تجمع این شبه ذرات با انرژی پایین موجب می‌شود با مغناطیسی شدن گرافن
دانسیته حاملین بار دارای اسپین پلاریزه در این سیستم گرافنی سه لایه نسبت
به گرافن تک لایه به شدت افزایش یابد. با این کار دسته جدیدی از ادوات
ساخته می‌شوند که علاوه‌بر بار الکتریکی می‌توان اسپین‌ها را نیز در آنها
تحت کنترل در آورد. به این دسته از ادوات، اسپینترونیک گفته می‌شود.
ایگور زالیزنیاک، رهبر این تیم تحقیقاتی می‌گوید تحقیقات ما نشان می‌دهد که این شبه
ذرات غیر معمول که پیش از این از طریق تئوری وجودشان پیش بینی شده بود، به‌صورت
واقعی در گرافن سه لایه وجود دارند. این ذرات موجب مدیریت برخی خواص ماده نظیر
چگونگی رفتارشان در میدان مغناطیسی می‌شود. این رفتار می‌تواند برای کنترل ادوات
الکترونیکی مبتنی بر گرافن به‌کار گرفته شود. در این کار خواص سه لایه گرافنی به‌عنوان
اولین گام برای مهندسی چنین ادواتی مورد مطالعه قرار گرفت که نتایج آن در نشریه
Nature Physics به چاپ رسید.
با سه لایه‌ای شدن گرافن رفتار این ماده بسیار پیچیده می‌شود اما پتانسیل‌های آن
نیز افزایش می‌یابد. یکی از مهمترین متغییرها در این سیستم، نحوه قرار گرفتن
لایه‌ها است. در سیستم‌های ABS اتم‌ها کربن تشکیل حلقه‌های کندو عسلی شکل می‌دهند
که روی هم از بالا به پایین تراز شده‌اند. هر لایه نسبت به لایه قبل کمی پیشروی
دارد و حالت پله‌ای ایجاد کرده است. در این پروژه محققان از گرافن سه لایه‌ای در
مرکز نانومواد عاملی (CFN)استفاده کرده‌اند. آنها از میکروسکوپ میکرورامان برای به
تصویر کشیدن نمونه و دیدن چیدمان ساختار ABC استفاده کردند. در قدم بعد این گروه
تحقیقاتی از ابزارهای نانولیتوگرافی استفاده کردند تا نمونه را به‌صورتی شکل دهند
که بتوان آن را به الکترودها متصل کرد.
سپس خواص مغناطیسی این سیستم را در آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی قوی (NHMFL)
اندازه‌گیری کردند. آنها اثر میدان مغناطیسی خارجی را روی دانسیته حمل کننده‌های
بار اندازه گرفتند. نتایج نشان داد که درون این ساختارها، شبه ذرات وجود دارند که
مانند حمل کننده‌های بار رفتار می‌کنند.
