Sciencemag.cz
Doporučujeme
V nové studii fyzikové z Brown University pozorovali novou třídu částic (kvazičástic). Tzv. frakční excitony se chovají v řadě ohledů nečekaným způsobem.
Základem nového výzkumu je frakční kvantový Hallův jev. Klasický Hallův jev znamená, že magnetické pole vyvolává v (polo)vodiči, jímž protéká proud kolmý na směr magnetické pole, vznik „kolmého“ (ve 3. ose) elektrického napětí.
Kvantový Hallův jev se vyskytuje při extrémně nízkých teplotách a vysokých magnetických polích. „Kvantování“ zde znamená, že vznikající boční napětí roste po oddělených skocích, kvantech. U frakčního kvantového Hallova jevu jsou tyto skoky skutečně podivné – napětí se zvyšuje pouze o zlomky náboje elektronu.
Vědci nyní vytvořili strukturu ze dvou vrstev grafenu oddělených krystalem hexagonálního nitridu boru (izolant). Toto uspořádání jim umožnilo sledovat a řídit pohyb elektrických nábojů. V systému se tvořily excitony, tedy kvazičástice zahrnující elektron a díru.
Poté systém vystavili velmi intenzivnímu magnetickému poli (milionkrát silnějšímu než zemské). To pomohlo týmu pozorovat nově vznikající tzv. frakční excitony – a právě tyto kvazičástice vykazovaly neobvyklé chování. Samotné zlomkové náboje překvapením nebyly (tj.: jinak by nešlo o frakční excitony). Chování frakčních excitonů ale vykazovalo tendence jak bosonů, tak fermionů, a chovaly se téměř jako hybrid obou (poznámka: jak konkrétně?). Tím se podobaly spíše anyonům, tedy jiným již popsaným částicím, které se nacházejí mezi fermiony a bosony. Frakční excitony ale měly jedinečné vlastnosti, které je odlišovaly rovněž od anyonů. (Poznámky PH: díra i elektron jsou fermiony, „normální“ excitony bosony. Co se pak týče anyonů, jejich povaha mezi fermiony a bosony má být umožněna tím, že jde o kvazičástice existující výhradně ve 2D systémech.)
Autoři studie jako možné využití svého výzkumu uvádějí „lepší způsob ukládání informací a manipulace s nimi na kvantové úrovni“, tedy potenciální aplikaci v kvantovém počítání.
Naiyuan J. Zhang et al, Excitons in the fractional quantum Hall effect, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08274-3. www.nature.com/articles/s41586-024-08274-3
Zdroj: Brown University / Phys.org
Na podobné téma viz také výzkum z Rice University.
Také zde se popisujeme možnost existence částic, které nejsou ani bosony, ani fermiony, tentokrát na základě matematické demonstrace. Zde má jít o tzv. paračástice (paraparticles). Mezi ně spadají práce anyony, ovšem ve 2D. Jinak měl být tento typ částic zapovězen; matematickou přípustnost nyní autoři nové studie dokázali pomocí Yangovy-Baxterovy rovnice. Co se týče konkrétní fyzikální podoby těchto (kvazi)částic, měly by vznikat opět jako excitace v systémech typu magnetů.
Jako možná aplikace se opět zmiňuje kvantová informatika.
Zhiyuan Wang et al, Particle exchange statistics beyond fermions and bosons, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08262-7
Zdroj: Rice University / Phys.org
Viz také: Google vs. Microsoft: Kvantový počítač na bázi anyonů
