Графен демонстрирует еще один квантовый сюрприз
 Исследовательская установка (одноэлектронный транзистор), использовавшаяся для изучения электрон-электронного взаимодействия в графене. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Дробный квантовый эффект Холла наблюдается, когда носители заряда, к примеру, электроны, удерживаются в двумерной плоскости (в частности, в графене) и подвергаются воздействию магнитного поля, перпендикулярного этой плоскости (по оси Z). Если при этом ток течет в направлении X, то напряжение Холла появится в перпендикулярном направлении Y на данной плоскости. При достаточно низких температурах это напряжение может принимать ограниченный набор значений (или состояний Холла).
Дробный квантовый эффект Холла отличается от широко известного целочисленного одноименного эффекта, являясь результатом сильного взаимодействия между электронами, возникающего в некоторых материалах. Эти взаимодействия изменяют поведение электронов таким образом, что оно становится похожим на поведение квазичастиц, заряд которых равен части заряда электрона. Эти квазичастицы подчиняются так называемой дробной статистике, особенности которой могут в будущем использоваться при построении квантовых компьютеров. В дополнение к дробному квантовому эффекту Холла, подобные взаимодействия также приводят к другим важным коллективным явлениям, таким как сверхпроводимость, магнетизм и сверхтекучесть. Таким образом, понимание этих взаимодействий играет важнейшую роль в физике конденсированных сред.
Графен представляет собой двумерный слой атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решетку. Он отличается от других материалов тем, что свободные носители заряда в нем путешествуют на очень высоких скоростях, т.е. ведут себя как релятивистские частицы, не имеющие массы покоя. Исследования других научных групп уже показали, что эти релятивистские частицы сильно взаимодействуют между собой, что проявляется в дробном квантовом эффекте Холла. Но теперь группа ученых из Harvard University (США) и Max-Planck Institute for Solid State Physics (Германия) показали, что проявления этого эффекта в графене отличаются от проявлений в других твердых телах. По их мнению, найденные различия являются следствием основной симметрии в материале.
Свои результаты ученые получили с помощью исследования образцов графена, помещенных в магнитное поле. Для работы использовался так называемый одноэлектронный транзистор, представляющий собой инструмент для локального неинвазивного наблюдения. Он позволяет оценивать наличие зазоров в электронном спектре материалов с высокой чувствительностью, не доступной другим инструментам.
Проделанная учеными работа может дать информацию о связи между симметрией и электрон-электронным взаимодействием в материале. Кроме того, она лишний раз подтверждает, что графен является отличным средством для изучения других аспектов электрон-электронных взаимодействий. Подробные результаты их работы опубликованы в журнале Science.
В ближайшем будущем команда планирует продолжить исследования особенностей дробного квантового эффекта Холла в графене, а также в схожих с ним материалах (например, биграфене).
Также по теме:
- Ультратонкий нитрид бора может использоваться для создания сверхбыстрых туннельных транзисторов
- Массивы графеновых нанолент становятся еще меньше
- Наномембраны из кремния могут обеспечить восстановление утраченной чувствительности пальцев и множество интересных дополнительных функций
- Фотоприемник, созданный из графена и квантовых точек, бьет рекорды
- Шум поможет обнаружению газов с помощью графена
Источники: