Наука

Нові стани матерії відкрили у двовимірному просторі електронів

Фізики спостерігали за поведінкою електронів в екстремальних умовах: за температури, близької до абсолютного нуля, та в магнітному полі, що майже в 100 000 разів потужніше за земне.

Фізики з Університету штату Джорджія вивчали дробовий квантовий ефект Холла. Він проявляється у двовимірному електронному газі за екстремально низької температури в сильних магнітних полях. Аналіз показав, що при застосуванні додаткового струму стани дробового ефекту несподівано розщеплюються і переплітаються, демонструючи нові нерівноважні значення заряду для квантових систем і виявляючи невідомі стани матерії.

Вчені використовували напівпровідникові компоненти з високою рухливістю електронів, виготовлені з арсеніду галію та арсеніду алюмінію-галію. Напівпровідники охолодили до температури на частки градусів нижчої за абсолютний нуль (-273 °C) для створення двовимірного середовища, що сприяє безперешкодному руху електронів, і помістили в магнітне поле з індукцією, що майже в 100 тис. разів більша за земну.

Вводячи в систему додатковий струм, фізики спостерігали дивовижне розщеплення і наступні перетини раніше відомих станів дробового квантового ефекту Холла.

“Ми вперше повідомляємо про експериментальні спостереження збуджених станів дробового дробового квантового ефекту Холла, індукованих зміщенням постійного струму”, – заявляє Кушана Віджевардена, співавтор дослідження. Вчені додають, що результати спостережень передбачають наявність абсолютно нових станів матерії.

Подумайте про традиційне вивчення дробових квантових ефектів Холла як про дослідження першого поверху будівлі. Наше дослідження полягає в пошуку та відкритті верхніх поверхів – цих захопливих, недосліджених рівнів – і з’ясуванні того, який вони мають вигляд, – говорить Рамеш Мані, співавтор дослідження

Електрон описують у вигляді частинки з фіксованим негативним зарядом. Але в особливих екстремальних умовах вони розташовуються так щільно, що починають поводитися немов дроби цілої частинки з поділом заряду на компоненти. Таку поведінку називають дробовим квантовим ефектом Холла.

Дослідження дроблення заряду вже кілька десятиліть перебувають у центрі уваги фізики конденсованого стану. Їхні результати лежать в основі технологій, що застосовуються в смартфонах, комп’ютерах, сонячних батареях і квантових пристроях.

Результати нового дослідження розширюють уявлення вчених про ці складні системи і також знайдуть застосування в мікроелектроніці, енергоощадних приладах і квантових обчисленнях, додають учені.

Детально результати дослідження описані в статті в журналі Nature Communications Physics.

Back to top button