Учёные обнаружили новое квантовое состояние электронов в скрученном графене

22.01.2025 21:47:00 | iXBT.com

Международной группе учёных удалось обнаружить уникальное квантовое состояние, в котором электроны демонстрируют совершенно новый тип движения в структуре из скрученного графена.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, как двухслойная структура графена с небольшим углом поворота между слоями создаёт условия для возникновения необычного квантового эффекта. Графен, представляющий собой углеродный материал толщиной в один атом, при особом расположении слоёв формирует новые закономерности, подобно тому, как при наложении двух прозрачных плёнок с регулярными узорами возникают новые визуальные паттерны.

Иллюстрация показывает, как электрический ток течёт через материал при очень низкой температуре (30 мК) и сильном магнитном поле (19 Тл). Цвета отражают, насколько хорошо материал проводит электричество при разных условиях. Эти условия включают количество электронов в материале и силу электрического поля, воздействующего на него. Источник: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-55486-2

Учёные обнаружили особое состояние, названное «дробным квантовым эффектом Холла 1/3», при котором электроны ведут себя так, будто разделены на три части. Это кардинально отличается от их обычного поведения. Данный эффект возникает благодаря сильным кулоновским взаимодействиям между электронами в разных слоях, при этом сами электроны не могут перемещаться между слоями.

Достоверность открытия была подтверждена с помощью моделирования методом Монте-Карло, которое продемонстрировало физические следствия обнаруженного явления. Исследования проводились с использованием оборудования для создания сильных магнитных полей, предоставленного Обществом Макса Планка в Германии.

«Наше открытие дробного квантового состояния Холла в новых материалах может внести значительный вклад в развитие технологий квантовых вычислений», – отметил профессор Гилёнг Чо из Корейского института передовых технологий (KAIST).

Профессор Ёнгвук Ким подчеркнул важность международного сотрудничества в проведении исследования, в котором участвовали учёные из Японии (NIMS) и Германии. Он также сообщил о планах продолжить исследования для воспроизведения подобных условий без применения магнитного поля.

Открытие может найти применение в разработке более эффективных и быстрых электронных устройств, а также в создании квантовой памяти для обработки сложных вычислений.

Подробнее