Физики MIT обнаружили неожиданные кристаллы электронов в ульттоном материале, толщиной всего в несколько миллиардных долей метра. Новый материал, получивший название ромбодрального пентальногоерного графена, поражает своей способностью демонстрировать экзотические электронные состояния, открывая путь к дальнейшим исследованиям в области низкоразмерных систем.
Опубликованное 22 января в журнале Nature исследование опирается на предыдущие результаты: в прошлом году группа показала, что электроны в материале способны распадаться на дробные составляющие (явление, связанное с дробным квантовым эффектом Холла), а в 2023 году устройство-«сэндвич», объединяющее новый материал с гексагональным нитридом бора, выявило три свойства, не наблюдавшиеся в натуральном графите.
Ромбодральный пентальныйерный графен представляет собой уникальное сочетание пяти слоев графена, расположенных в определённом перекрывающемся порядке, что напоминает структуру карандашного грифеля. Ассистент профессор Long Ju из физического департамента MIT, а также сотрудник лабораторий материаловедения и электронной техники MIT, отметил: «Мы нашли золотую жилу, и каждый добытый кусок открывает что-то новое».
Обнаруженные явления проявляются не только в пяслойном варианте, но и в аналогичном четырёхслойном материале из атомно тонкого углерода. Это свидетельствует о существовании целой группы материалов, способных демонстрировать схожие экзотические поведения при изменении внешних параметров.
При точной настройке напряжения в устройствах электроны «замерзают» в кристаллические структуры при экстремально низких температурах – около 30 миллиКельвинов, сравнимых с космическими условиями. При тех же условиях исследователи выявили появление двух новых электронных состояний, дополнив ранее зарегистрированные шесть дробных состояний.
Особое внимание уделено наблюдению аномальных эффектов Холла. Дробный квантовый аномальный эффект Холла, ранее обнаруженный в сэндвич-устройствах на основе ромбодрального пентальногоерного графена и гексагонального нитрида бора, проявляется без применения магнитного поля. Дополнительно, эксперимент зафиксировал интегральный квантовый аномальный эффект Холла в широком диапазоне плотностей электронов, позволяя провести аналогию: дробные состояния напоминают «электронную жидкость», а интегральный эффект – «электронный лёд», подобно реке, протекающей сквозь ледники.
Применение новых специально разработанных фильтров обеспечило лучшую изоляцию, что позволило охладить устройства до порядка ниже температур предыдущих экспериментов (примерно 30 мК, где 1 мК эквивалентен –459,668°F). Руководством исследования занимались Long Ju и со-автор Zhengguang Lu, ранее работавший в MIT и ныне преподающий в Флоридском государственном университете, что подтверждает потенциал новой серии материалов для дальнейших инновационных открытий в квантовой электронике.
Изображение носит иллюстративный характер
Опубликованное 22 января в журнале Nature исследование опирается на предыдущие результаты: в прошлом году группа показала, что электроны в материале способны распадаться на дробные составляющие (явление, связанное с дробным квантовым эффектом Холла), а в 2023 году устройство-«сэндвич», объединяющее новый материал с гексагональным нитридом бора, выявило три свойства, не наблюдавшиеся в натуральном графите.
Ромбодральный пентальныйерный графен представляет собой уникальное сочетание пяти слоев графена, расположенных в определённом перекрывающемся порядке, что напоминает структуру карандашного грифеля. Ассистент профессор Long Ju из физического департамента MIT, а также сотрудник лабораторий материаловедения и электронной техники MIT, отметил: «Мы нашли золотую жилу, и каждый добытый кусок открывает что-то новое».
Обнаруженные явления проявляются не только в пяслойном варианте, но и в аналогичном четырёхслойном материале из атомно тонкого углерода. Это свидетельствует о существовании целой группы материалов, способных демонстрировать схожие экзотические поведения при изменении внешних параметров.
При точной настройке напряжения в устройствах электроны «замерзают» в кристаллические структуры при экстремально низких температурах – около 30 миллиКельвинов, сравнимых с космическими условиями. При тех же условиях исследователи выявили появление двух новых электронных состояний, дополнив ранее зарегистрированные шесть дробных состояний.
Особое внимание уделено наблюдению аномальных эффектов Холла. Дробный квантовый аномальный эффект Холла, ранее обнаруженный в сэндвич-устройствах на основе ромбодрального пентальногоерного графена и гексагонального нитрида бора, проявляется без применения магнитного поля. Дополнительно, эксперимент зафиксировал интегральный квантовый аномальный эффект Холла в широком диапазоне плотностей электронов, позволяя провести аналогию: дробные состояния напоминают «электронную жидкость», а интегральный эффект – «электронный лёд», подобно реке, протекающей сквозь ледники.
Применение новых специально разработанных фильтров обеспечило лучшую изоляцию, что позволило охладить устройства до порядка ниже температур предыдущих экспериментов (примерно 30 мК, где 1 мК эквивалентен –459,668°F). Руководством исследования занимались Long Ju и со-автор Zhengguang Lu, ранее работавший в MIT и ныне преподающий в Флоридском государственном университете, что подтверждает потенциал новой серии материалов для дальнейших инновационных открытий в квантовой электронике.
