Des électrons dans le graphène, un élément atomiquement mince, substance flexible et incroyablement solide qui a captivé l'imagination des scientifiques des matériaux et des physiciens - se déplacer à la vitesse de la lumière, et se comportent comme s'ils n'avaient pas de masse. Maintenant, des scientifiques de l'Université de Washington à St. Louis ont démontré comment visualiser les interactions à plusieurs particules dans le graphène à l'aide de la lumière infrarouge. La recherche sera présentée lors de la réunion de l'American Physical Society cette semaine à Los Angeles.

Au fond du sous-sol sous l'historique Crow Hall de l'Université de Washington, une équipe de recherche dirigée par Erik Henriksen, professeur assistant de physique en Arts &Sciences, effectue son travail dans un récipient construit sur mesure refroidi à quelques degrés au-dessus du zéro absolu. Ils utilisent un petit éclat de graphène pris en sandwich entre deux cristaux de nitrure de bore et placé sur une plaquette de silicium; à environ 16 microns de long, la pile entière de matériau est inférieure à un sixième de la taille d'un cheveu humain.

"Ici, nous avons construit un système qui focalise étroitement la lumière infrarouge jusqu'à l'échantillon, qui est à l'intérieur d'un gros aimant et à très basse température, " a déclaré Henriksen. " Cela nous permet d'éclairer littéralement une lampe de poche dessus, et explorez ses propriétés électroniques en voyant quelles couleurs de lumière sont absorbées."

Le graphène a suscité beaucoup d'enthousiasme dans la communauté de recherche en science des matériaux en raison de ses applications potentielles dans les batteries, cellules d'énergie solaire, écrans tactiles et plus. Mais les physiciens s'intéressent davantage au graphène en raison de sa structure électronique inhabituelle, sous lequel ses électrons se comportent comme des particules relativistes.

Sous des conditions normales, les électrons se repoussent toujours mutuellement. Henriksen et son équipe étudient comment ce comportement change lorsque les électrons semblent n'avoir aucune masse.

En rassemblant des mesures simultanées de propriétés optiques et électroniques en présence d'un champ magnétique élevé, les chercheurs ont pu suivre le mouvement des particules chargées entre les orbites avec des valeurs d'énergie discrètes, appelés niveaux de Landau. Un modèle a commencé à émerger.

"Un champ magnétique puissant fournit une sorte de colle à leur mouvement - il les ralentit d'une certaine manière, " Henriksen a dit. " On pourrait penser que ce serait un système très difficile à regarder. Mais parfois, à des plages très spécifiques de l'intensité du champ magnétique et de l'intensité d'interaction, tu trouveras ça, Tout à coup, le système se simplifie énormément."

"Vous vous attendriez à une ligne plate, essentiellement, en l'absence de ces interactions intéressantes que nous recherchons, " a déclaré Jordan Russell, doctorant en physique et co-auteur d'un nouvel article sur le graphène. "Ce comportement non monotone est une signature des interactions que nous recherchions."

La réunion de mars de l'American Physical Society devrait réunir près de 10, 000 physiciens de la matière condensée. D'autres travaux récents du laboratoire d'Henriksen seront également présentés lors de ce forum, y compris une découverte récente que le graphène peut être utilisé pour mesurer un "liquide de spin quantique" dans les matériaux magnétiques.