410
Массачусетський технологічний інститут представив дослідження, яке пояснює явище дробового заряду в п’ятишаровому графені, використовуючи квантово-механічні моделі взаємодії електронів у двовимірних структурах.
Відкриття дробового заряду
Фізики встановили, що електрони в п’ятишаровому графені можуть набувати дробового заряду навіть без магнітного поля. Як зазначив професор Сентіл Тодадрі, це відкриття ґрунтується на квантових взаємодіях між електронами, що створюють нові екзотичні стани матерії. Робота пов’язана з феноменом «дробового квантового аномального ефекту Холла», раніше виявленим у графені з магнітним полем. Тепер уперше підтверджено, що цей ефект можливий у відсутності магнітного поля.
Механізм формування дробових електронних фаз
Теорія, розроблена командою Тодадрі, доводить, що електрони в обмеженому двовимірному просторі взаємодіють настільки інтенсивно, що утворюють кристалічні структури. Ці структури, завдяки квантовим кореляціям між електронами, є основою для появи дробового заряду. Як підкреслив Тодадрі: «Це абсолютно новий механізм», що відкриває шлях до експериментів, які раніше здавалися неможливими.
Муарові структури, які виникають у п’ятишаровому графені через специфічне розташування атомних шарів, створюють слабке електричне поле. Це поле впливає на рух електронів, змушуючи їх взаємодіяти на рівні квантових властивостей. Подібна поведінка вперше була описана у 2018 році в дослідженні «графену з магічним кутом», що стало основою для нового напряму — твістроніки. Як стверджує Тодадрі, ці системи ідеально підходять для вивчення дробових електронних фаз.
Теоретичні висновки та експериментальні підтвердження
У новому дослідженні команда переглянула початкові уявлення про «намотування» хвильової функції електрона. Теоретична модель показала, що обмежений простір п’ятишарового графену створює умови, у яких електрони взаємодіють не тільки через відштовхування, а й через свої квантові кореляції. Це забезпечує пояснення результатів експериментів Лонга Джу, які стали несподіванкою для наукової спільноти.
Отримані результати відкривають нові можливості для вивчення квантових явищ у двовимірних матеріалах. Кристалічна структура п’ятишарового графену має унікальні властивості, які потребують подальшого дослідження. Як зазначив Тодадрі:
Це дослідження демонструє, як інноваційні підходи в квантовій фізиці дозволяють пояснювати та передбачати нові властивості матерії, які раніше здавалися недосяжними для науки.
- Фізики запропонували пояснення загадкового дроблення заряду електронів у графені
- Фізики створили нову теорію «неможливої» квантової гравітації
- Ключову теорію квантової фізики нарешті довели
