Sciencemag.cz
Doporučujeme
Supravodivost nebo kvazičástice nesoucí zlomky elektrického náboje představují příklady relativně exotických fyzikálních jevů, jejichž realizace vyžaduje extrémní podmínky, ultranízké teploty nebo obří tlaky či magnetická pole. Existence kvazičástic se zlomkem náboje elektronu bez nutnosti silných magnetických polí by každopádně mohla být přínosná pro nové typy kvantových materiálů a aplikací včetně kvantových počítačů.
Vědci z Harvardu a MITu nyní poprvé dokázali pozorovat exotické fyzikální stavy se zlomky náboje elektronu v pouze slabém magnetickém poli. Platformou byl dvouvrstvý grafen s vrstvami vůči sobě pootočenými. Autoři výzkumu se původně zaměřovali na speciální exotický kvantový stav, tzv. frakční Chernovy izolátory. Vlastní Chernovy izolátory jsou topologické izolátory, tj. vedou elektrický proud na svém obvodu nebo povrchu. Ve frakčním Chernově izolátoru pak interakce elektronů vytvářejí speciální kvazičástice, které nesou zlomek náboje normálních elektronů. Tyto frakční částice mají i jinak speciální kvantové vlastnosti, které by mohly být využity k vytvoření robustních kvantových bitů odolných vůči vnějšímu narušení (extrémně odolných, uvádí průvodní tisková zpráva – tedy na poměry jiných realizací qubitů).
Dvě vrstvy grafenu byly v rámci experimentu vůči sobě pootočené o magický úhel 1,1°. Vytvoření frakčních Chernových izolátorů v tomto stavu nicméně ještě vyžaduje, aby všechny elektrony měly téměř stejné vlastnosti, což má znamenat, že přece jen alespoň slabé magnetické pole na materiál je třeba aplikovat (laická poznámka PH: samozřejmě takto to působí zcela nesrozumitelně, jako tahání králíků z klobouku; podle tiskové zprávy má být klíčovou vlastností elektronů Berryho zakřivení – Berry curvature).
Zajímavé na tom všem má mj. být, co všechno lze realizovat zrovna v grafenové dvouvrstvě s magickým úhlem, i když původně vůbec nebyla zamýšlena pro přípravu zlomkového elektrického náboje. Příslušné exotické stavy hmoty mají pak vztah k supravodivosti i k dalším speciálním jevům/kvazičásticím, například k tzv. anyonům (kvazičástice, které nemají celočíselný ani poločíselný spin, tj. nejde o bosony ani fermiony).
Amir Yacoby, Fractional Chern insulators in magic-angle twisted bilayer graphene, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-04002-3. www.nature.com/articles/s41586-021-04002-3
Zdroj: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences / Phys.org a další
