Tópico: Drawing conclusions from graphene

[Hold the Door]

Drawing conclusions from graphene

Feature: November 2006

In a time when cutting-edge scientific research is expensive and complex, it seems absurd that a breakthrough in physics could be achieved with simple adhesive tape. But in 2004, Andre Geim, Kostya Novoselov and co-workers at the University of Manchester in the UK did just that. By delicately cleaving a sample of graphite with sticky tape, they produced something that was long considered impossible: a sheet of crystalline carbon just one atom thick, known as graphene.

The single-layered honeycomb structure of graphene makes it the "mother" of all carbon-based systems: the graphite we find in our pencils is simply a stack of graphene layers; carbon nanotubes are made or rolled up sheets of graphene; and buckminsterfullerene molecules, or "buckyballs" are nanometre-size spheres of wrapped-up graphene. These forms of carbon were isolated long before graphene and have been used in many applications, but their electric, magnetic and elastic properties all originate in the properties of graphene.

In the November issue of Physics World, Antonio Castro Neto, Francisco Guinea and Nuno Miguel Peres explore the fascinating structure of graphene, which is so unique that it could allow scientists to observe strange relativistic effects at speeds much slower than the speed of light.

About the author
Antonio Castro Neto is at Boston University in the US, e-mail neto@bu.edu; Francisco Guinea is at ICMM-CSIC in Spain, e-mail; and Nuno Miguel Peres is at Minho University in Portugal.

Fonte

[Dr. Manhattan]

Interessante! Especialmente porque eu trabalho com grafenos 

Ainda não vi esse artigo, mas espero que o Castro Neto cite o meu artigo de agosto [1].

[mode=autopromoção desavergonhada]
No começo do ano fiz um trabalho em que demonstramos que, apesar de não ser possível
confinar elétrons em um ponto quântico em grafenos [2], é possível confiná-los em um fio quântico, nos
quais os elétrons se propagam de forma semelhante à luz em uma fibra ótica.
[mode=off]


[1] Conversei recentemente com ele, que havia pensado erroneamente que meu artigo mais recente no
cond-mat era uma repetição de um artigo anterior dele. Consegui convencê-lo do contrário. Ele foi educado, e
até respondeu em português...

[2] Por causa de um efeito curioso chamado "Paradoxo de Klein". Eu achava que meu artigo ia ser o primeiro
a citar esse efeito em grafenos. Mas enquanto preparávamos o texto, saiu um artigo do grupo do Geim sobre
isso. E, só pra jogar sal na ferida, ele ainda conseguiu publicá-lo na Nature Physics. 

[Hold the Door]

Dr. Manhattan, o artigo da Nature que você mencionou é o mesmo deste texto?


Graphene makes its mark on spin
15 November 2006

When researchers first found a way of making two dimensional sheets of carbon atoms two years ago, they could not have imagined how versatile it would be. So far "graphene" has been envisaged in applications from transistors to hydrogen storage. Now, physicists from the US claim that the structure can conduct electrons of one spin orientation but not the other. This property could enable graphene to be used to generate, manipulate and detect electron spins in "spintronic" circuits (Nature 444 347).

Graphene consists of single layers of carbon atoms that one would normally find stacked in graphite. Steven Louie from the University of California in Berkeley has now looked at long "nanoribbons" of graphene, which like a semiconductor contain both occupied and unoccupied electron states separated by an energy gap. But because of the peculiar zigzag geometry left by broken hexagonal bonds, the electrons at opposite edges of a graphene ribbon are in different states. On one edge, the occupied states are spin-up and the unoccupied states are spin-down, whereas on the other edge the reverse is true. (See image: "Moving state".)

Louie discovered that applying an electric field across the zigzag edges shifts the energies of the states, thus eliminating the gap for one spin orientation between the occupied states on one edge and the unoccupied states on the other. In other words, electrons within those spin states can conduct freely, but electrons within the opposite spin state cannot. Louie said that this "half-metallic" behaviour could find applications in the emerging area spintronics, where electronic spin as well as charge could be used to govern the movement of electron current.

According to Louie, the effect could be tailored by altering the width of the graphene ribbon. In a wider ribbon, for example, the interaction between the states at opposite edges would be weak because they would not overlap much, meaning that the gap would be closed less than in a narrower ribbon. Louie found that if the ribbon is more than 32 chains of atoms wide, the interaction would become negligible and the states would be unable to maintain their opposing spins. On the other hand, he said, a thin ribbon would need a much larger electric field to make the half-metal transformation.

About the author
Jon Cartwright is a reporter for PhysicsWeb.

Fonte

[Dr. Manhattan]

Oi Angelo,

Não, o artigo a que me referi foi:

Nature Physics 2, 620 - 625 (2006)
doi:10.1038/nphys384

Subject Categories: Condensed-matter physics | Electronics, photonics and device physics | Particle physics

Chiral tunnelling and the Klein paradox in graphene
M. I. Katsnelson1, K. S. Novoselov2 and A. K. Geim2


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Abstract

The so-called Klein paradox—unimpeded penetration of relativistic particles through high and wide potential barriers—is one of the most exotic and counterintuitive consequences of quantum electrodynamics. The phenomenon is discussed in many contexts in particle, nuclear and astro-physics but direct tests of the Klein paradox using elementary particles have so far proved impossible. Here we show that the effect can be tested in a conceptually simple condensed-matter experiment using electrostatic barriers in single- and bi-layer graphene. Owing to the chiral nature of their quasiparticles, quantum tunnelling in these materials becomes highly anisotropic, qualitatively different from the case of normal, non-relativistic electrons. Massless Dirac fermions in graphene allow a close realization of Klein's gedanken experiment, whereas massive chiral fermions in bilayer graphene offer an interesting complementary system that elucidates the basic physics involved.

preprint:

http://arxiv.org/abs/cond-mat/0604323

O paradoxo de Klein é um efeito fascinante: o elétron atravessa a barreira com 100% de probabilidade! Isso acontece
porque o espectro eletrônico nesse sistema não tem um gap (é como se nos grafenos os elétrons tivessem massa
zero).
Em janeiro meu chefe aqui havia me pedido para estudar um ponto quânticos em grafeno. Quando fiz as contas, uma
coisa estranha aconteceu: eu não conseguia obter estados confinados! [1] É  como se os elétrons se recusassem
a ficar presos. Daí pesquisei na literatura e descobri que esse efeito havia sido previsto por O. Klein em 1928, para
barreiras de potencial maiores que 2m c^2, onde m é a massa do elétron.
Mesmo assim, meu chefe pediu para eu "dar um jeito" de conseguir confinar os elétrons. Eu sabia que era impossível,
mas mesmo assim resolvi analisar o caso mais simples: um elétron interagindo com um potencial degrau. Naturalmente
o elétron sempre atravessava. Então um dia eu notei uma coisa: eu estava sempre tratando o sistema de forma
unidmensional (isto é, o elétron sempre se movia na direção perpendicular à barreira). Quando eu permiti que
ele tivesse uma componente do momento paralelo à barreira, a partir de um ângulo crítico ele podia ser
refletido! É uma situação muito parecida com a reflexão total interna da luz. Daí então ficou claro que, se não dava
para fazer um ponto quântico, pelo menos dava para fazer um fio quântico. E foi o que fizemos: o elétron se
propaga nesse potencial como a luz em uma fibra ótica. Enquanto preparávamos esse artigo para envia para a
PRL, saiu o artigo citado acima (a PRL não aceitou o nosso  , mas ele foi publicado na PRB).

[1] Isto é, a função de onda do sistema tinha uma amplitude diferente de zero em toda a região.