Ученые открыли новый класс квантовых состояний в графене
Электроны, которым приходится бегать по лабиринту из атомов углерода, уникальным образом расположенных в скрученных стопках, совершают весьма странные действия.
Исследователи из Университета Британской Колумбии в Канаде, Университета Вашингтона и Университета Джона Хопкинса в США, а также Национального института материаловедения в Японии недавно обнаружили новое странное состояние материи в динамике токов, протекающих через слои графена.
Результаты исследования подтверждают предсказания о том, как должны вести себя электроны при сжатии в кристаллические структуры, и могут способствовать появлению новых идей о том, как достичь надежных подходов к квантовым компьютерам или открыть пути развития сверхпроводимости при комнатной температуре.
«Отправной точкой для этой работы стали две чешуйки графена, состоящие из атомов углерода, расположенных в сотовой структуре», — говорит старший автор исследования Джошуа Фолк, физик конденсированного состояния из Университета Британской Колумбии.
«То, как электроны перемещаются между атомами углерода, определяет электрические свойства графена, который в итоге оказывается внешне похожим на более распространенные проводники, такие как медь».
В последние десятилетия графен все чаще рассматривается как чудо-материал. Его решетка из атомов углерода соединена таким образом, что свободные электроны могут прыгать между ними, как фишки в игре в квантовые шашки.
Физики постоянно изменяют правила этой игры, находя новые и необычные способы изменения свойств сопротивления или координации в экзотические состояния. По этим причинам графен стал идеальной игровой площадкой для поиска подсказок о проводимости с низким сопротивлением или проверки границ различных квантовых эффектов.
Один из таких эффектов - «замораживание» электронов в ограниченных положениях, превращающее их из текучей жидкоподобной массы в нечто структурированное. Известная как кристалл Вигнера, эта фаза электронов имеет характерные формы и поведение, которые, как полагают исследователи, им хорошо понятны.
В этом эксперименте исследователи скрутили стопки одноатомных листов графена таким образом, что заставили несвязанные атомы углерода выровняться, что получило название эффекта муара.
Эффект муара нетрудно обнаружить в нашем повседневном мире. На стопках сеток или экранов они выглядят как повторяющиеся линии, круги или кривые, когда контрасты темноты и света, составляющие сетку, сочетаются или стираются.
Только в данном случае контрастные структуры в скрученном графене вносят хаос в геометрию электрона, или так называемую топологию его ландшафта. В результате скорость электрона меняется, а некоторые из них даже развивают изгиб при движении вдоль краев материала.
«Это приводит к парадоксальному поведению топологического электронного кристалла, не наблюдаемому в обычных кристаллах Вигнера прошлого — несмотря на то, что кристалл формируется при замораживании электронов в упорядоченный массив, он тем не менее может проводить электричество по своим границам», — говорит Фолк.
Именно в этом причудливом новом царстве поведения электронов возникают странные явления, такие как квантование сопротивления, известное как квантовый эффект Холла.
Новые состояния топологической активности, подобные этому, — потенциальная золотая жила для физиков, стремящихся найти способы создания квантовых компьютеров, известных как кубиты, более устойчивых, чем традиционные типы, основанные на фундаментальных частицах.
Превращение узких стопок графена в электронный эквивалент полосы Мёбиуса может быть только началом. Предполагается, что геометрия такого масштаба способна создать причудливый зоопарк электронных квазичастиц со всеми видами закрученной новой физики.
Как только читаю про квантовые действия, сразу возникает мысль: "кто этот человек?" Первую мысль перебивает ответ: "В лучшем случае, он поддался моде. Спроси его, чтотакое квант, не ответит". Совершенно качественно заквантированы мозги!!
Ученые открыли новый класс квантовых состояний в графене
Электроны, которым приходится бегать по лабиринту из атомов углерода, уникальным образом расположенных в скрученных стопках, совершают весьма странные действия.
Исследователи из Университета Британской Колумбии в Канаде, Университета Вашингтона и Университета Джона Хопкинса в США, а также Национального института материаловедения в Японии недавно обнаружили новое странное состояние материи в динамике токов, протекающих через слои графена.
Результаты исследования подтверждают предсказания о том, как должны вести себя электроны при сжатии в кристаллические структуры, и могут способствовать появлению новых идей о том, как достичь надежных подходов к квантовым компьютерам или открыть пути развития сверхпроводимости при комнатной температуре.
«Отправной точкой для этой работы стали две чешуйки графена, состоящие из атомов углерода, расположенных в сотовой структуре», — говорит старший автор исследования Джошуа Фолк, физик конденсированного состояния из Университета Британской Колумбии.
«То, как электроны перемещаются между атомами углерода, определяет электрические свойства графена, который в итоге оказывается внешне похожим на более распространенные проводники, такие как медь».
В последние десятилетия графен все чаще рассматривается как чудо-материал. Его решетка из атомов углерода соединена таким образом, что свободные электроны могут прыгать между ними, как фишки в игре в квантовые шашки.
Физики постоянно изменяют правила этой игры, находя новые и необычные способы изменения свойств сопротивления или координации в экзотические состояния. По этим причинам графен стал идеальной игровой площадкой для поиска подсказок о проводимости с низким сопротивлением или проверки границ различных квантовых эффектов.
Один из таких эффектов - «замораживание» электронов в ограниченных положениях, превращающее их из текучей жидкоподобной массы в нечто структурированное. Известная как кристалл Вигнера, эта фаза электронов имеет характерные формы и поведение, которые, как полагают исследователи, им хорошо понятны.
В этом эксперименте исследователи скрутили стопки одноатомных листов графена таким образом, что заставили несвязанные атомы углерода выровняться, что получило название эффекта муара.
Эффект муара нетрудно обнаружить в нашем повседневном мире. На стопках сеток или экранов они выглядят как повторяющиеся линии, круги или кривые, когда контрасты темноты и света, составляющие сетку, сочетаются или стираются.
Только в данном случае контрастные структуры в скрученном графене вносят хаос в геометрию электрона, или так называемую топологию его ландшафта. В результате скорость электрона меняется, а некоторые из них даже развивают изгиб при движении вдоль краев материала.
«Это приводит к парадоксальному поведению топологического электронного кристалла, не наблюдаемому в обычных кристаллах Вигнера прошлого — несмотря на то, что кристалл формируется при замораживании электронов в упорядоченный массив, он тем не менее может проводить электричество по своим границам», — говорит Фолк.
Именно в этом причудливом новом царстве поведения электронов возникают странные явления, такие как квантование сопротивления, известное как квантовый эффект Холла.
Новые состояния топологической активности, подобные этому, — потенциальная золотая жила для физиков, стремящихся найти способы создания квантовых компьютеров, известных как кубиты, более устойчивых, чем традиционные типы, основанные на фундаментальных частицах.
Превращение узких стопок графена в электронный эквивалент полосы Мёбиуса может быть только началом. Предполагается, что геометрия такого масштаба способна создать причудливый зоопарк электронных квазичастиц со всеми видами закрученной новой физики.
Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/uchenye-otkryli-novyj-klass-kvantovyh-sostoyanij-v-grafene/
физика квантовые графен
Как только читаю про квантовые действия, сразу возникает мысль: "кто этот человек?" Первую мысль перебивает ответ: "В лучшем случае, он поддался моде. Спроси его, чтотакое квант, не ответит". Совершенно качественно заквантированы мозги!!