【在石墨烯中認出了霍夫施塔特的蝴蝶】

八方

【在石墨烯中認出了霍夫施塔特的蝴蝶】

 

 

蝴蝶在二維超晶格中發現

第一次實驗測定了霍夫施塔特的蝴蝶 — — 一個令人驚歎分形模式，描述了電子在磁場中的行為 — —。

看著放在氮化硼表面上的石墨烯的電子性質的三個研究小組取得了突破。

除了確定近 40 年前一個理論預測，結果可以找到用於電子和光電子器件。

霍夫施塔特的蝴蝶日期回至 1976 年，美國物理學家道格拉斯 · 霍夫斯塔特 — — 最出名的是他的普利策獎獲獎書哥德爾，埃舍爾，巴赫— — 計算二維晶格中的磁場中暴露的電子的能量水準時的概念。

把他當作電子理想化的"布洛赫電子"，這意味著他們不與另一個進行交互，在週期性電勢與晶格相稱中移動。

這種做法似乎是明智的因為事實證明，描述許多金屬和半導體的電子性質的好方法。

不幸的是，霍夫斯塔特時，遇到困難時考慮在二維晶格中移動時暴露在磁場中的電子。

問題在於電子通過游泳在圓圈上的迴旋頻率回應外加磁場的事實。

然而，電子的軌道運動是由晶體的晶格的屬性定義一個頻率的量子化的。

這兩種，往往不適應，頻率方法的存在，霍夫斯塔特的電子能級的計算產生了一些奇怪的結果。

霍夫施塔特試圖通過繪製相關的兩個頻率比值參數與電子的波函數有意義的這一困難。

情節產生令人驚歎的分形圖案，看起來像一隻蝴蝶。

但自從霍夫施塔特的預測，物理學家們一直難以觀察他在實驗室裡的蝴蝶。

主要的問題是 — — 在那裡原子用納米小於分隔 — — 傳統格子的晶體頻率都是相對較高，也就是說貌美強磁場遠遠超出當前的能力將需要看到的蝴蝶圖案。

物理學家也曾試圖尋找霍夫施塔特蝴蝶在人工格子與分色的數百個納米，這將需要很多更小的磁場，但效果淘汰由無序系統中。

二維超晶格

現在，然而，三個研究組已經說服了這個問題通過結合兩個常規二維晶格創建超晶格與大約幾十個納米的週期性。

一個團隊在日本材料科學涉及在哥倫比亞大學，紐約城市大學，— — 所有在美國 — — 中央佛羅里達大學和東北大學和國家研究所的物理學家。

第二組包括曼徹斯特和蘭開斯特大學的研究人員在英國，法國的國家實驗室在格勒諾布爾高磁場和材料科學研究所在西班牙馬德里舉行。

第三組涉及來自麻省理工學院 （MIT） 研究人員與同一日本研究人員參與哥倫比亞隊聯手合作。

 

 

終於看見蝴蝶

終於看見蝴蝶各小組所做的是地方石墨 — — 碳只有一個原子厚的 — — 氮化硼晶體非常平坦表面上一層。

作為這兩種材料具有類似的六角形結構，研究人員觀察到"莫爾模式"，其中是定期模式創建每當兩個類似的二維晶格覆蓋。

（曼徹斯特和麻省理工學院群體使用單層石墨烯，雖然在哥倫比亞大學領導的實驗中，雙層石墨烯。

通過調整兩個格子的相對取向，團隊就能夠創建超晶格與適當的間距。

各隊然後確定他們超晶格的能譜測量其電導率在強磁場 — — 約 35 在哥倫比亞大學，17 T 在曼徹斯特和在麻省理工學院 43 T T。

當他們密謀與磁感應強度的電子密度 （可觀察到的屬性的波函數） 時，該團隊看到長尋求後霍夫施塔特蝴蝶。

' 罕見和非常令人振奮 '

"機會，確認在物理學中，大部分的我們對低維材料系統的理解的核心在於 40 歲預測是罕見的和非常令人振奮的是，"說，寇里 · 迪安紐約城市大學。

我們的這種分形結構的確認打開了大門之間在物理系統中原子級別的複雜性和出現的新現象所產生的複雜的相互作用的新研究。

除了確定重要的理論預測，研究提供進一步的驗證可以通過放置在另一種晶體結構材料控制石墨烯的電子性質。

這可以證明有用的因為儘管石墨烯具有幾個技術上有用的屬性 — — 例如被在導電輝煌 — — 但它缺少關鍵的功能，特別是電子的帶隙，會使它有用用於創建實用的電晶體或光學探測器。

新材料

霍夫施塔特蝴蝶觀察是最新的一長串的令人著迷的新發現涉及石墨烯，由安德列 • 海姆和康斯坦丁 · 諾從曼徹斯特大學在 2004 年首次分離。

當然，這是很好趕上美麗的 '蝴蝶' 的難以捉摸的折磨物理學家幾代人，海姆，說"[但是] 更重要的是，這項工作表明我們現在能夠通過堆疊個別原子飛機所需的序列中樹立一種主要是新的材料。

海姆的同事羅馬戈巴契夫甚至認為這種超晶格能有實際的應用。

這種人工晶體本來有科幻小說幾年前 [但是] 他們現在在我們的實驗室中的現實。

一天你可能會發現這些結構在您的小工具。

哥倫比亞大學和曼徹斯特實驗所述性質（在這裡和這裡） 和arXiv預印本的麻省理工學院的結果是.

物理世界學會如何使石墨烯在曼徹斯特大學

關於作者

麥高樂莊士敦是非議的編輯器

 

 

引用：http://translator.live.com/BV.aspx?ref=IE8Activity&a=http%3A%2F%2Fphysicsworld.com%2Fcws%2Farticle%2Fnews%2F2013%2Fmay%2F15%2Fhofstadters-butterfly-spotted-in-graphene