新加坡国立大学(National University of Singapore)研究人员发现了一种简单有效的方法，可以在石墨烯上产生大面积的伪磁场(PMF)，并演示了如何根据所需的空间分布和强度进行调优，以用于数据存储和逻辑应用(“在石墨烯-黑磷异质结构上裁剪调整样本宽的伪磁场”)。电子学领域的重点是如何控制和利用电子的特性，为了研究或修改这些电子在量子态下的性质，必须施加磁场。另一种实现这一效果的方法是在石墨烯中机械地产生一种特殊类型的应变，在这种情况下，电子的行为就好像受到外部磁场的影响一样。在这种情况下，物理上没有施加磁场，这是由应变诱导的PMF存在所解释。
博科园-科学科普：除了电荷外，电子还有额外的自由度(描述电子状态的独立参数)。这些被称为自旋和谷自由度。晶体中电子能的最大值和最小值，在不同峰值中控制电子的方法可能被用来开发更有效的计算技术。石墨烯中由应变引起的PMFs是一种很有前途的方法，它可以分离石墨烯中的沟谷并使它们的能量不相等，从而产生有趣的物理现象，比如山谷极化电流。许多研究人员被在非平面、应变石墨烯纳米结构(如石墨烯纳米气泡)中观察到的巨大的PMFs(高达300特斯拉)所吸引。然而，这些都是随机分布的，不适合实际实现。
(左图)多层黑色磷(蓝色)单层石墨烯之间的晶格失配在石墨烯层上产生PMF，(右)PMF的空间分布和强度可以通过改变石墨烯和墨烯之间的旋转角度来调整。图片：National University of Singapore
虽然理论预测具有三角形对称的应变可以在材料中产生PMF，但是目前还没有已知的实验技术能够创造出特定的应变纹理，从而产生具有所需空间分布和强度的均匀PMF。由新加坡国立大学化学与高级二维材料中心的LOH Kian Ping教授领导的研究小组，发现了一种在石墨烯上叠加石墨烯(BP)，形成石墨烯-BP异质结构的方法，从而在石墨烯上生成PMFs。研究团队还包括新加坡国立大学的表面化学家陆炯教授和理论家亚当·沙夫菲克教授。由于晶格之间相互作用产生的晶格失配和剪切应变导致了石墨烯上的PMFs，可以直接用扫描隧道显微镜进行测量。此外还发现了一种方法，通过改变石墨烯晶体方向和BP之间的旋转角度，来调整石墨烯上PMFs的强度和空间分布。
当外加磁场作用于PMF时，它们能够产生两种非等效电流，即电力传输测量中的山谷极化电流。在纳米尺度上控制PMFs可以测试以下极端物理现象：首先PMF场可以作为能量屏障，有效地将电流限制在一维通道中。此外山谷滤波器可以开发基于山谷极化。重要的是发现将六边形晶体(石墨烯)放置在正交晶(BP)上形成复杂应变纹理适合生成大面积的PMF。这意味着可能还有其他二维晶体的组合尚未被发现。因此，研究为应变工程提供了新的机会，以裁剪调整PMFs的空间分布和强度。
博科园-科学科普｜研究/来自：新加坡国立大学
参考期刊文献 :《Nature Nanotechnology》
DOI: 10.1038/s41565-018-0178-z
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