그래핀의 반복과 비틀림으로 드문 형태의 자기가 해방되다

그래핀의 반복과 비틀림으로 드문 형태의 자기가 해방되다

15년 이상 전에 그래핀이 발견된 이래 연구자들은 그 독특한 특성을 밝혀내기 위하여 세계적 규모의 경쟁을 계속하고 있습니다. 그래핀은 육방격자 모양으로 배열되어 있는 원자 하나 두께의 탄소입니다. 인간이 알고 있는 가장 강하고 얇은 물질이며, 열과 전기가 뛰어난 전도체이기도 합니다. 현재 컬럼비아 대학과 워싱턴 대학의 연구팀은 희귀한 형태의 자기를 포함한 다양한 이국적인 전자 상태가 3층 그래핀 구조에서 발생할 가능성이 있음을 발견하였습니다. 이 연구결과는 10월 12일자 네이처 피직스 논문에 실렸습니다. 이 작품은 그래핀의 비틀림 단분자층 또는 비틀림 복층 연구에서 착상을 얻었습니다. 이 물질들은 전자간의 강한 상호작용을 통해 다양한 비정상적인 전자사고를 유발하는 것을 전자간의 강력한 상호작용으로 유발 됩니다. 그래핀 단층과 쌍층을 조합하여 뒤틀린 3층 구조로 하면 어떻게 될까라고 컬럼비아 대학의 물리학 교수이며, 논문의 상급 집필자의 한 명인 코리 딘은 말했습니다. 그래핀 층 수를 바꾸면서 이 복합재료들은 기존에 없던 새로운 특성을 갖게 됐다는 것을 알게 되었습니다. 딘외, 매튜, 양코위츠 조교수와 샤오돈, 서 교수(워싱턴 대학의 물리·재료 과학·공학부)도 이 연구에 관한 상급 저자입니다. 컬럼비아 대학원생인 Shaowen Chen 씨와 워싱턴 대학 대학원생인 Minhao He 씨는 이 논문의 공동 집필자입니다. 연구자들은 실험을 하기 위하여 그래핀의 단층 시트를 2층 시트 위에 겹쳐 쌓고 그것들을 약 1도 비틀었습니다. 절대 0도를 넘는 온도에서 전자간의 강한 상호작용에 의해 전기를 통하지 않는 절연상태가 여러 번 관찰 되었습니다. 그래핀 시트에 전장을 인가함으로써 이러한 상태를 제어할 수 있다는 것도 알았습니다. 그는 응용전계의 방향성이 매우 중요하다는 것을 배웠다고 말했습니다. 연구자가 전장을 단층 그래핀 시트로 향했을 때, 이 시스템은 뒤틀린 복층 그래핀과 비슷하였습니다. 그러나 전기장의 방향을 반전시켜 2층 그래핀 시트를 향하게 하니 뒤틀린 2층 그래핀, 즉 4층 구조를 모방 했습니다. 또, 동 팀은 그 계에서 새로운 자기 상태를 발견했습니다. 스핀이라 불리는 전자의 양자역학적 성질에 의해 구동되는 기존 자석과는 달리 팀의 3층 구조인 전자의 집합적인 선회운동이 자기의 근저에 있다고 이들은 보고 있습니다. 이 자기의 형태는 최근 질화붕소의 결정에 의존하고 있는 그래핀의 여러 가지 구조의 다른 연구자에 의하여 발견되었습니다. 팀은 현재 그것이 전체적으로 그래핀으로 구축된 보다 단순한 시스템에서도 관측할 수 있는 것을 실증하고 있습니다. 그는 순수한 탄소는 자기를 띤 것이 아니다라고 말했습니다. 당사에서는 그래핀 시트 3장을 적절한 비틀림 각도로 배치하면 이 특성을 대폭 개선할 수 있습니다. 자기에 더해 이 연구는 구조 중에 토폴로지의 징후를 발견하였습니다. 그는 로프로 다른 매듭을 묶는 것과 마찬가지로 소재의 토폴로지 특성이 양자 계산을 위한 플랫폼이나 새로운 유형의 에너지 효율이 뛰어난 데이터 저장 애플리케이션이 될 가능성이 있다고 말했습니다. 현재 그들은 이 플랫폼에서 발견한 새로운 상태의 기본적 성질을 더욱 이해하기 위한 실험에 임하고 있습니다. 그는 이것은 아직 시작에 불과하다고 말했습니다.