Исследователи из Университета Британской Колумбии, Университета Вашингтона, Университета Джона Хопкинса и Национального института материаловедения Японии недавно обнаружили новое и необычное состояние вещества, изучая динамику токов, протекающих через слои графена. Это открытие может стать основой для создания новых надежных подходов к квантовым вычислениям и разработки сверхпроводников, способных функционировать при комнатной температуре.
Об этом сообщает ProIT
Основы исследования графена
Ведущий автор исследования Джошуа Фолк, физик-конденсаторник из Университета Британской Колумбии, объясняет:
“В основе этого исследования лежат два слоя графена, которые состоят из атомов углерода, организованных в структуру сот.”
Он также отмечает:
“Способ, которым электроны перескакивают между атомами углерода, определяет электрические свойства графена, которые на первый взгляд похожи на свойства привычных проводников, таких как медь.”
Графен, благодаря своей удивительной структуре, позволяет электронам перемещаться, как фишки в игре квантовых шашек, что делает его идеальным для исследований низкоомной проводимости и тестирования различных квантовых эффектов.
Влияние топологии на электронные состояния
Одним из изученных квантовых эффектов является “замораживание” электронов в фиксированных позициях, что превращает их в структурированный массив. Это состояние, известное как Вигнеровский кристалл, имеет характерные формы и поведение, которые до сих пор считались хорошо понятными.
Однако во время экспериментов исследователи скрутили слои графена, выровняв атомы углерода в узор, известный как эффект муара. Этот эффект можно наблюдать в повседневной жизни, например, в виде полос или кругов, когда накладываются друг на друга сетки или экраны. В случае графена такие структурные контрасты изменяют геометрию электронов, что приводит к новым скоростям и вращениям электронов.
Фолк отмечает:
“Это приводит к парадоксальному поведению топологического электронного кристалла, которое не наблюдалось в традиционных кристаллах Вигнера; несмотря на то, что электроны формируют упорядоченную структуру, кристалл все еще способен проводить электрический ток вдоль своих границ.”
Это необычное поведение электронов открывает новые возможности для исследования квантовых явлений, таких как квантизация сопротивления, известная как эффект квантового Холла.
Новые топологические состояния электронной активности могут стать важными для физиков, стремящихся создать квантовые вычислительные блоки (кубиты), которые более устойчивы к сбоям по сравнению с традиционными моделями. Скручивание слоев графена может дать эффект, схожий с электронным аналогом ленты Мёбиуса, что позволит создать целый “зоопарк” электронных квази-частиц с неожиданными квантовыми свойствами.
Таким образом, открытие нового класса квантовых состояний в графене открывает новые горизонты для исследований сверхпроводимости и квантовых вычислений, потенциально изменяя наше понимание природы материи на фундаментальном уровне.
