Дослідники з Університету Британської Колумбії, Університету Вашингтона, Університету Джона Гопкінса та Національного інституту матеріалознавства Японії нещодавно виявили новий та незвичайний стан речовини, вивчаючи динаміку струмів, що протікають через шари графену. Це відкриття може стати основою для створення нових надійних підходів до квантових обчислень та розробки надпровідників, здатних функціонувати при кімнатній температурі.
Про це розповідає ProIT
Основи дослідження графену
Провідний автор дослідження Джошуа Фолк, фізик-конденсаторник з Університету Британської Колумбії, пояснює:
“В основі цього дослідження лежать два шари графену, які складаються з атомів вуглецю, організованих у структуру медових сот.”
Він також зазначає:
“Спосіб, яким електрони перескакують між атомами вуглецю, визначає електричні властивості графену, які на перший погляд схожі на властивості звичних провідників, таких як мідь.”
Графен, завдяки своїй дивовижній структурі, дозволяє електронам переміщатися, як фішки в грі квантових шашок, що робить його ідеальним для досліджень низькоомної провідності та тестування різних квантових ефектів.
Вплив топології на електронні стани
Одним із вивчених квантових ефектів є “замороження” електронів у фіксованих позиціях, що перетворює їх на структурований масив. Цей стан, відомий як Вігнерівський кристал, має характерні форми та поведінку, які до цього часу вважалися добре зрозумілими.
Однак під час експериментів дослідники скрутили шари графену, вирівнявши атоми вуглецю у візерунок, відомий як ефект муару. Цей ефект можна спостерігати в повсякденному житті, наприклад, у вигляді смуг або кіл, коли накладаються одна на одну сітки чи екрани. У випадку графену такі структурні контрасти змінюють геометрію електронів, що призводить до нових швидкостей та обертів електронів.
Фолк зазначає:
“Це призводить до парадоксальної поведінки топологічного електронного кристалу, яку не спостерігали у традиційних кристалах Вігнера; незважаючи на те, що електрони формують впорядковану структуру, кристал все ще здатний проводити електричний струм вздовж своїх меж.”
Ця незвична поведінка електронів відкриває нові можливості для дослідження квантових явищ, таких як квантування опору, відомого як ефект квантового Холла.
Нові топологічні стани електронної активності можуть стати важливими для фізиків, які прагнуть створити квантові обчислювальні блоки (кубіти), що є більш стійкими до збоїв порівняно з традиційними моделями. Скручування шари графену може дати ефект, схожий на електронний аналог стрічки Мебіуса, що дозволить створити цілий “зоопарк” електронних квазічастинок із несподіваними квантовими властивостями.
Таким чином, відкриття нового класу квантових станів у графені відкриває нові горизонти для досліджень надпровідності та квантових обчислень, потенційно змінюючи наше розуміння природи матерії на фундаментальному рівні.
