Dwuwarstwowy grafen skrywa wiele tajemnic

Ułamkowe stany kwantowe wykryte w dwuwarstwowym grafenie. Pierwsza taka obserwacja

Świat kwantowy jest bardzo trudny do badania. Do analiz złożonych zjawisk, jak nadprzewodnictwo lub cząstki przenoszące ułamkowy ładunek elektronu, konieczne są ekstremalnie niskie temperatury lub wysokie pole magnetyczne. Wkrótce może się to zmienić.

Zespół naukowców z Uniwersytetu Harvarda po raz pierwszy zaobserwował rzadkie ułamkowe stany kwantowe przy niskim polu magnetycznym w skręconym dwuwarstwowym grafenie. Wyniki badań zostały opublikowane w Nature.

Jednym ze Świętych Graalów w dziedzinie fizyki materii skondensowanej jest pozyskiwanie egzotycznych cząstek o polach magnetycznych od niskich do zerowych. Istnieją teoretyczne przewidywania, że ​​powinniśmy być w stanie zobaczyć te dziwaczne cząstki, ale do tej pory nikt nie był w stanie ich zaobserwować.

Amir Yacoby, starszy autor badania

Naukowców szczególnie zainteresował specyficzny stan kwantowy występujący w materiałach znanych jako ułamkowe izolatory Cherna. Przewodzą one prąd na powierzchni lub krawędzi, ale nie we wnętrzu materiału. W ten sposób powstają kwazicząstki.

Aby wykryć nieuchwytny stan kwantowy, zespół Yacoby’ego zbudował ułamkowy izolator Cherna. Potrzebował do tego dwóch arkuszy grafenu skręconych pod określonym kątem. Powstało wtedy zjawisko nadprzewodnictwa i pasma Cherna z potencjałem generowania ułamkowych stanów kwantowych.

Czytaj też: Stan kwantowy z nowym rekordem. Osiągnięcie naukowców może doprowadzić do powstania nowej formy internetu

Aby urządzenie działało, wszystkie elektrony muszą mieć niemal identyczne właściwości. Użyty materiał – dwuwarstwowy grafen – nie spełnia tego wymogu, ale jego modyfikacja i odpowiednie skręcenie, powoduje powstawanie specyficznych pól magnetycznych, które na to pozwalają.

Pokazaliśmy, że możemy zaobserwować ułamkowy izolator Cherna w skręconym dwuwarstwowym grafenie. Zdumiewające jest to, że ten cudowny materiał jest ostatecznie wykonany z tych samych rzeczy, co końcówka twojego ołówka.

Yonglong Xie, współautor badań