Экзотическое электронное состояние, наблюдаемое физиками Массачусетского технологического института, может обеспечить более надежные формы квантовых вычислений.

Электрон является основной единицей электричества, поскольку он несет один отрицательный заряд. Это то, чему нас учат в средней школе по физике, и это в подавляющем большинстве случаев относится к большинству материалов в природе.

Но в особых состояниях материи электроны могут распадаться на отдельные части. Это явление, известное как «дробный заряд», чрезвычайно редкое, и если его удастся обуздать и контролировать, экзотическое электронное состояние может помочь в создании отказоустойчивых квантовых компьютеров.

На сегодняшний день этот эффект, известный физикам как «дробный квантовый эффект Холла», наблюдался несколько раз, и в основном в очень сильных, тщательно поддерживаемых магнитных полях. Лишь недавно ученые увидели этот эффект в материале, который не требовал столь мощных магнитных манипуляций.

Странное состояние

Дробный квантовый эффект Холла — пример странных явлений, которые могут возникнуть, когда частицы перестают вести себя как отдельные единицы и действуют вместе как единое целое. Такое коллективное «коррелированное» поведение проявляется в особых состояниях, например, когда электроны замедляются от своей обычно бешеной скорости до медленного движения, которое позволяет частицам чувствовать друг друга и взаимодействовать. Эти взаимодействия могут создавать редкие электронные состояния, такие как, казалось бы, неортодоксальное расщепление заряда электрона.

Делаем шаги

В том же месяце Джу и его команда также наблюдали признаки аномального дробного заряда в графене — материале, для которого не было предсказано проявление такого эффекта.

Группа Джу исследовала электронное поведение графена, который сам по себе демонстрирует исключительные свойства. Совсем недавно группа Джу изучила пятислойный графен — структуру из пяти листов графена, каждый из которых слегка расположен друг над другом, как ступени на лестнице. Такая пятислойная графеновая структура внедрена в графит и может быть получена путем отслаивания с помощью скотча. При помещении в холодильник при сверхнизких температурах электроны структуры замедляются и взаимодействуют так, как обычно не происходит при более высоких температурах.

В своей новой работе исследователи провели некоторые расчеты и обнаружили, что электроны могли бы взаимодействовать друг с другом еще сильнее, если бы пятислойная структура была выровнена с гексагональным нитридом бора (hBN) — материалом, который имеет атомную структуру, аналогичную структуре графена, но с немного другими размерами. В сочетании эти два материала должны создать муаровую сверхрешетку — сложную атомную структуру, похожую на каркас, которая может замедлять электроны способами, имитирующими магнитное поле.

источник —> https://news.mit.edu/2024/electrons-become-fractions-graphene-study-finds-0221