Motyl Hofstadtera złapany

Jak już wcześniej informowaliśmy, azotek boru wydaje się idealnym towarzyszem grafenu. Teraz zespół Romana Gorbacheva z University of Manchester wykazał, że oba materiały pozwalają na przeprowadzenie nowatorskich badań fizycznych i badanie struktur, o których istnieniu dotychczas tylko teoretyzowano.

Naukowcy informują, że po nałożeniu warstwy grafenu na warstwę azotku boru - zwanego też "białym grafenem" - doszło do gwałtownej zmiany właściwości elektronicznych grafenu i pojawienia się tzw. motyla Hofstadtera. Taką nazwę nosi fraktalna struktura widma elektronowego. Przewidział ją w 1976 roku Douglas Hofstadter. Teraz po raz pierwszy udało się eksperymentalnie udowodnić istnienie motyla Hofstadtera.

Jedną z najbardziej interesujących właściwości grafenu jest jego wysokie przewodnictwo. Elektrony pędzą w nim znacznie szybciej niż w miedzi. Jest to możliwe dzięki niezwykłemu wzorcowi, w jaki układają się elektrony w grafenie. Powstają wówczas podobne do neutrin tzw. fermiony Diraca. Dotychczas badanie tych cząstek wymagało wykorzystywania olbrzymich akceleratorów. Grafen umożliwia badanie ich za pomocą biurkowego zestawu.

Teraz uczeni z Manchesteru odkryli sposób na klonowanie fermionów Diraca. Po nałożeniu grafenu na azotek boru wędrujące w grafenie elektrony "czują" poszczególne atomy boru i azotu. To powoduje, że elektrony reorganizują się w taki sposób, że tworzą liczne kopie oryginalnych fermionów Diraca. Okazuje się, że kolejne klony powstają po przyłożeniu pola magnetycznego. Układają się one wówczas we wspomnianego na wstępie motyla Hofstadtera.

Jednak w dokonanym właśnie odkryciu najważniejsze jest udowodnienie, że możliwa jest modyfikacja właściwości jednoatomowych warstw różnych materiałów poprzez układanie ich jeden na drugim. Prace te pokazują, że możemy tworzyć nowe materiały układając ich warstwy w pożądanej kolejności - mówi profesor Andre Geim, jeden z odkrywców grafenu, współautor opisywanych badań. Doktor Gorbachev dodał: Przygotowaliśmy różne zestawy jednoatomowych materiałów, podobnych do grafenu, a potem układaliśmy je jeden na drugim. Jeszcze kilka lat temu możliwość stworzenia takich sztucznych kryształów to było science-fiction, Teraz mamy je w naszym laboratorium. Pewnego dnia mogą znaleźć się w używanych przez ciebie gadżetach.

To ważny krok wychodzący poza prosty grafen. Stworzyliśmy podstawy do prowadzenia nowego rodzaju badań, które wydają się ważniejsze i dające więcej wiedzy niż badania nad samym grafenem - podsumował Geim.

motyl Hofstadtera grafen azotek boru