В исследовании под руководством Андрея Варыхалова (Andrei Varykhalov) и Оливера Радера (Oliver Rader) слой графена наносился на поверхность никелевого субстрата, атомы которого расположены на том же расстоянии друг друга, что и атомы углерода в графене. Затем физики нанесли на образец атомы золота, которые расположились между графеном и никелем. 



Используя различные фотоэлектронные спектрометры, учёные смогли измерить происходящие изменения в электронных свойствах графена. Подобно Земле, электроны обладают двумя угловыми моментами: орбитальным, позволяющим им обращаться вокруг ядер, и спиновым, отвечающим за вращение вокруг собственной оси. Таким образом, сильное спин-орбитальное взаимодействие означает бóльшую энергетическую разницу в зависимости от того, происходят ли оба вращения в одном или противоположных направлениях. В случае лёгких атомов, таких как углерод, спин-орбитальное взаимодействие проявляется довольно слабо, в то время как у тяжёлых элементов вроде золота оно может достигать гигантских значений. 

Исследователи показали, что интеркаляция атомов золота в пространство между графеном и никелем способна обеспечить возникновение гигантского спин-орбитального расщепления (~100 мэВ, эффект Рашбы). Фотоэлектронная спектроскопия выявила, что его источником является гибридизация π-электронов графена с 5d-состояниями золота. Но эффект наблюдался только в точках наименьшего расстояния между атомами золота и графеном (неравновесное состояние), в то время как интерфейс графен — золото в равновесном состоянии не мог дать усиление больше 10 мэВ. 

Подготовлено по материалам Общества немецких научно-исследовательских центров им. Гельмгольца.