Grafen je velice zajímavý materiál, jde o monovrstvu grafitu, kterou lze získat mechanicky, ale v dnešní době se využívají spíše depoziční metody. Již dříve bylo zjištěno, že lze jeho vlastnosti silně ovlivňovat skládáním vrstev na sebe. Vědci z MIT pozorovali velice zajímavé chování u „sendviče“ z pěti vrstev grafenu.[1]
Jelikož jsou grafenové vrstvy tvořeny sp2 uhlíkovými cykly, je zde dostatek pohyblivých elektronů, které mohou vést elektrický proud. Uspořádání těchto vrstev do dvojic a trojic umožní měnit elektrické vlastnosti materiálu od izolantu až po supravodič.
Pokud na sebe umístíme pět vrstev grafenu, získáme mřížku, ve které se elektrony pohybují pomalu a to jim umožňuje velmi efektivně interagovat s jinými elektrony. Tím získáme materiál, který má tzv. multiferoické chování, tzn. vykazuje současně několik feroických vlastností, jde např. o ferromagnetismus, ferroelektřinu nebo ferroelasticitu.[2]
V publikované práci vědci prováděli exfoliaci grafitu a vybírali ty vločky, které se skládaly z přesně pěti vrstev. Tyto vločky pak studovali při teplotě blízké absolutní nule, tím potlačili nežádoucí efekty, jako např. vznik poruch vyvolaný tepelným pohybem grafenu. Za těchto podmínek studovali elektrické a magnetické vlastnosti připravených materiálů.
První pozorovanou feroickou vlastností byl nekonvenční magnetismus, elektrony se pohybovaly synchronizovaně jako planety kroužící stejným směrem (v konvenčních magnetech elektrony rotují stejným směrem, ale prakticky se nepohybují).
Druhá feroická vlastnost souvisí s energetickými hladinami v grafenu. Standardní vodiče mají jedno energetické minimum (valley), kde může elektron existovat. U grafenu byly pozorovány tyto minima dvě a pravděpodobnost, že jedno z nich bude obsazeno elektronem je stejná. Naproti tomu, u pětivrstvého grafenu elektrony výrazně preferují jedno z těchto minim.
Obě tyto vlastnosti lze řídit působením elektrického pole. To umožní využití těchto materiálů např. při konstrukci nových typů magnetických pamětí, které budou rychlejší a energeticky úspornější než stávající paměti.