MIT物理学者が鉛筆心を「金」に変える MITニュース

MIT物理学者は、特定の順序で積み上げられた5つの非常に薄い部分を分離し、グラファイトまたは鉛筆芯を比喩的に金に変えました。 その後、生成された材料は、天然黒鉛で以前には見られなかった3つの重要な特性を示すように調整することができます。

物理学と助教授であり、その研究のリーダーであるLong Juは、「これは一種のワンストップショッピングのようなものです」と述べています。 10月5日付で報道 ~の 自然ナノテクノロジー。 「自然には驚きがたくさんあります。 この場合、私たちはこれらすべての興味深いものがグラファイトに組み込まれているという事実を決して理解していませんでした。

また、彼は「このように多くの特性を収めることができる材料を見つけることは非常にまれな材料」と言います。

グラファイトは、ハニカム構造に似た六角形に配置された単一の炭素原子層であるグラフェンで構成されています。 グラフェンは約20年前に初めて分離されて以来、集中的な研究の焦点となってきました。 最近の約5年前、MITチームを含む研究者たちは、個々のグラフェンシートを積み重ね、互いにわずかな角度でねじれば、超伝導性から磁性まで、材料に新しい特性を与えることができることを発見しました。 「ツイストロニクス」分野が誕生しました。

現在の研究では、「私たちはまったく反りのない興味深い特性を発見しました」と材料研究所に所属するJuは言います。

彼と同僚は、特定の順序で配置された5つのグラフェン層が、物質の内部を回る電子が互いに対話できるようにすることを発見しました。 電子相関と呼ばれるこの現象は、「これらすべての新しい特性を可能にする魔法」とJuは言います。

バルクグラファイト、単一シートのグラフェンも良い電気伝導体ですが、それはすべてです。 Juと同僚が分離した5層菱面体積層グラフェンと呼ばれる物質は、部品の合計よりはるかに大きくなりました。

新しい顕微鏡

物質を分離する核心は、ナノスケールで物質の様々な重要な特性を迅速かつ比較的安価に決定できるJuが2021年MITで製作した新しい顕微鏡でした。 5層の菱面体積層グラフェンは厚さが数十億分の1メートルに過ぎません。

Juを含む科学者たちは、菱面体積層として知られている非常に正確な順序で積層された多層グラフェンを探していました。 Juは、次のように述べています。 菱面体はそのうちの一つに過ぎません。」 散乱型走査型近接場光学顕微鏡（s-SNOM）として知られているJuによって製造された顕微鏡により、科学者たちは関心のある菱面体積層順序で五層のみを識別し分離することができました。

3つが1つ

そこで、チームは、五層菱面体積層グラフェンの繊細な「肉」を保護する窒化ホウ素「パン」からなる小さなサンドイッチに電極を取り付けた。 電極を使用すると、さまざまな電圧または電気量でシステムを調整できます。 結果：彼らはシステムに氾濫する電子の数に応じて3つの異なる現象が現れることを発見しました。

「私たちは、この材料が絶縁性、磁性、または位相学的である可能性があることを発見しました」とJuは言います。 後者は導体と絶縁体の両方とある程度関連している。 本質的に、トポロジー材料は、材料の端部の周りの電子の妨げられない移動を可能にするが、中央を通過することは許可しないことをJuは説明する。 前者は、物質の中心を構成する中央分離帯によって分離された物質の端にある「高速道路」に沿って一方向に移動します。 したがって、トポロジー材料のエッジは完全な導体であり、中心は絶縁体です。

「私たちの研究は、強く相関したトポロジー物理学の新しい可能性を研究するための高度に調整可能なプラットフォームで菱面体積層多層グラフェンを確立しました」とJuと彼の共著者は結論を下しました。 自然ナノテクノロジー。

Juに加えて、論文の著者はTongghang HanとZhengguang Luです。 ハン氏は物理学科大学院生だ。 Luは材料研究所の博士後研究者です。 二人は該当論文の共同第一著者である。

他の著者は、ハーバード大学のGiovanni Scruri、Jiho Sung、Jue Wang、Hongkun Parkなどです。 日本国立材料科学研究所のKenji WatanabeとTakishi Takashi; そしてMIT物理学科のTanyyi Han。

この仕事はSloan Fellowshipのサポートを受けました。 米国国立科学財団。 米国国防総省研究およびエンジニアリング次官室。 日本科学振興会KAKENHI; 日本の世界プレミア国際研究イニシアチブ（World Premier International Research Initiative）。 そして米空軍科学研究室。