Ammucchiare e contorcere il grafene mostra una rara forma di magnetismo

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Il grafrene è stato scoperto 15 anni fa e da allora è partita la caccia alle poprietà più insolite di questo materiale. Non solo è il più forte materiale che conosciamo, è composto da un solo strato di carbonio, ma è un eccellente conduttore di calore ed elettricità. Un team ha scoperto molti stati esotici, compresa una rara forma di magnetismo.

Il gruppo di ricerca della Columbia University e dell'Università di Washington hanno scoperto questa strana proprietà in una struttra di grafene composta da tre strati.

Il lavoro è stato ispirato dai recenti studi sulla torsione dei monostrati o bi-strati di grafene, questi materiali ospitano un insieme di stati elettronici inusuali, causati dalle forti interazioni tra gli elettroni.

"Ci siamo chiesti cosa sarebbe accaduto se avessimo combinato dei monostrati e dei bistrati in un sistema contorto a tre strati," spiega Cory Dean, professore alla Columbia University e autore dell'articolo. "Abbiamo trovato che, variare il numero di strati di grafene, dona a questi materiali alcune eccitanti proprietà che non sono state viste prima."

Per condurre i loro esperimenti, i ricercatori hanno impilato un monostrato di grafene su un foglio a due strati e li hanno piegati di circa un grado, a una temperatura pochi gradi superiore allo zero assoluto. Il team ha osservato un insieme di stati isolanti, che non conducono elettricità, e sono guidati dalle fortissime interazioni tra gli elettroni. Hanno anche capito che questi stati possono essere controllati applicando una campo elettrico attraverso il foglio di grafene.

"Abbiamo imparato che la direzione del campo elettrico conta moltissimo,"spoega Yankowitz, post-doc del gruppo del professor Dean.

Quando i ricercatori hanno puntato il campo verso il monostrato, il sistema ricordava una doppio strato contorto; quando l'hanno puntato verso il foglio bi-strato, il sistema ha imato una struttura a quattro strati.

Il team ha scoperto anche un nuovo stato magnetico. A differenza dei magneti convenzionali, che sono guidati dalle proprietà quantistiche degli elettroni, in particolare lo spin, il magnetismo del grafene è causato da un moto collettivo degli elettroni nella struttura a tre strati.

Questa forma di magnetismo era già stata osservata in dei cristalli di grafene e nitrato di boro; i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che può avvenire in sistemi estremamente più semplici.

"Il carbonio puro non è magnetico," dice Yankowitz. "Sorprendentemente, possiamo ottenere questa proprietà, riarrangiando i tre fogli di grafene con il giusto angolo."

Il grafene sembra essere il materiale del futuro, con applicazioni in ambiti estremamente diversi: dai superconduttori alla riproduzione di un occhio.

Per ora stanno lavorando ad ulteriori esperimenti per comprendere la natura di queste proprietà e sfruttarle al meglio. "Questo è davvero solo l'inizio," afferma Yankowitz.

FONTE: phys.org
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