Международная группа ученых совершила прорыв в понимании квантовой механики, обнаружив новое состояние материи – "1/3 дробное квантовое состояние Холла» в скрученном двуслойном графене. Это открытие открывает путь к созданию принципиально новых квантовых технологий. Особенность данного состояния заключается в том, что электроны в материале двигаются не как целые частицы, а как бы разделенные на «три части», что является крайне необычным явлением в стандартной физике.
Скрученный двуслойный графен состоит из двух слоев графена – материала толщиной в один атом, – повернутых друг относительно друга на небольшой угол. Именно это скручивание приводит к возникновению уникальных узоров перекрытия, радикально меняющих поведение электронов. Эти узоры создают условия, при которых электроны оказываются замкнутыми в своих слоях, но при этом сильно взаимодействуют друг с другом через кулоновские силы. Эти взаимодействия между электронами в разных слоях настолько сильны, что приводят к появлению дробного квантового состояния Холла.
Дробное квантовое состояние Холла является крайне необычным квантовым явлением, которое трудно воспроизвести с помощью традиционных полупроводниковых технологий. Его особенность заключается в том, что электроны начинают вести себя так, как будто их электрический заряд является не целым числом, а его дробью. В данном случае электроны движутся так, как будто их заряд разделен на три части, отсюда и название "1/3 дробное квантовое состояние Холла». Это состояние было подтверждено путем компьютерного моделирования методом Монте-Карло.
Исследование проводилось под руководством профессора Ёнгука Кима из DGIST и аспиранта Сэёнга Джина из POSTECH, которые тесно сотрудничали с Национальным институтом материаловедения в Японии (NIMS) и Обществом Макса Планка в Германии. Для получения ключевых данных ученые использовали экспериментальное оборудование Общества Макса Планка, способное создавать сверхсильные магнитные поля. Данное открытие знаменует собой важный шаг вперед в разработке квантовых технологий, открывая новые горизонты для создания высокоэффективных и быстрых электронных устройств.
Это новое состояние материи может стать основой для создания квантовой памяти и передовых вычислительных систем. Более того, обнаружение этого явления в скрученном двуслойном графене, где можно манипулировать взаимодействиями электронов с помощью простого скручивания слоев, может открыть путь к созданию более гибких и масштабируемых квантовых устройств. Особый акцент в дальнейших исследованиях планируется уделить созданию аналогичных условий, но уже без применения магнитного поля, что станет еще одним шагом в развитии квантовых компьютерных технологий.
Профессор Гильён Чо из KAIST отметил, что «открытие дробного квантового состояния Холла в новых материалах может внести значительный вклад в развитие технологий квантовых компьютеров». Профессор Ёнгук Ким подчеркнул, что это исследование стало результатом тесного сотрудничества с международными партнерами, что и позволило получить ключевые данные для этого научного прорыва. Основной целью группы ученых является разработка новых квантовых технологий, основанных на этом открытии.
Автором опубликованной статьи является Дохун Ким, а само исследование было опубликовано в журнале Nature Communications под названием "Observation of 1/3 fractional quantum Hall physics in balanced large angle twisted bilayer graphene". Статья доступна по DOI: 10. Публикация состоялась в 2025 году. Исследование также показало, что кулоновские взаимодействия между электронами играют критически важную роль в появлении дробного квантового состояния Холла.
В конечном итоге, открытие нового квантового состояния в скрученном двуслойном графене является важным шагом в науке и технике, оно дает возможность исследовать и применять новые квантовые явления для создания будущих технологий. Подобные достижения открывают возможности для создания более эффективных, быстрых и мощных электронных и вычислительных устройств, способных совершить прорыв в различных областях науки и техники.
Изображение носит иллюстративный характер
Скрученный двуслойный графен состоит из двух слоев графена – материала толщиной в один атом, – повернутых друг относительно друга на небольшой угол. Именно это скручивание приводит к возникновению уникальных узоров перекрытия, радикально меняющих поведение электронов. Эти узоры создают условия, при которых электроны оказываются замкнутыми в своих слоях, но при этом сильно взаимодействуют друг с другом через кулоновские силы. Эти взаимодействия между электронами в разных слоях настолько сильны, что приводят к появлению дробного квантового состояния Холла.
Дробное квантовое состояние Холла является крайне необычным квантовым явлением, которое трудно воспроизвести с помощью традиционных полупроводниковых технологий. Его особенность заключается в том, что электроны начинают вести себя так, как будто их электрический заряд является не целым числом, а его дробью. В данном случае электроны движутся так, как будто их заряд разделен на три части, отсюда и название "1/3 дробное квантовое состояние Холла». Это состояние было подтверждено путем компьютерного моделирования методом Монте-Карло.
Исследование проводилось под руководством профессора Ёнгука Кима из DGIST и аспиранта Сэёнга Джина из POSTECH, которые тесно сотрудничали с Национальным институтом материаловедения в Японии (NIMS) и Обществом Макса Планка в Германии. Для получения ключевых данных ученые использовали экспериментальное оборудование Общества Макса Планка, способное создавать сверхсильные магнитные поля. Данное открытие знаменует собой важный шаг вперед в разработке квантовых технологий, открывая новые горизонты для создания высокоэффективных и быстрых электронных устройств.
Это новое состояние материи может стать основой для создания квантовой памяти и передовых вычислительных систем. Более того, обнаружение этого явления в скрученном двуслойном графене, где можно манипулировать взаимодействиями электронов с помощью простого скручивания слоев, может открыть путь к созданию более гибких и масштабируемых квантовых устройств. Особый акцент в дальнейших исследованиях планируется уделить созданию аналогичных условий, но уже без применения магнитного поля, что станет еще одним шагом в развитии квантовых компьютерных технологий.
Профессор Гильён Чо из KAIST отметил, что «открытие дробного квантового состояния Холла в новых материалах может внести значительный вклад в развитие технологий квантовых компьютеров». Профессор Ёнгук Ким подчеркнул, что это исследование стало результатом тесного сотрудничества с международными партнерами, что и позволило получить ключевые данные для этого научного прорыва. Основной целью группы ученых является разработка новых квантовых технологий, основанных на этом открытии.
Автором опубликованной статьи является Дохун Ким, а само исследование было опубликовано в журнале Nature Communications под названием "Observation of 1/3 fractional quantum Hall physics in balanced large angle twisted bilayer graphene". Статья доступна по DOI: 10. Публикация состоялась в 2025 году. Исследование также показало, что кулоновские взаимодействия между электронами играют критически важную роль в появлении дробного квантового состояния Холла.
В конечном итоге, открытие нового квантового состояния в скрученном двуслойном графене является важным шагом в науке и технике, оно дает возможность исследовать и применять новые квантовые явления для создания будущих технологий. Подобные достижения открывают возможности для создания более эффективных, быстрых и мощных электронных и вычислительных устройств, способных совершить прорыв в различных областях науки и техники.
