Sciencemag.cz
Doporučujeme
V grafenu a některých dalších 2D materiálech se elektrony mohou rozštěpit na kvazičástice se zlomkovými elektrickými náboji. Vědci z MITu se nyní tento jev pokusili podrobněji popsat a vysvětlit.
Autoři nové studie se zaměřili na pětivrstvý grafen na podkladovém materiálu v podobě 2D nitridu bóru. Long Ju, Senthil Todadr a jejich kolegové z MITu uvádějí, že při průchodu strukturou mají kvazičástice nesoucí elektrické náboj zlomkové náboje, a to i v nepřítomnosti vnějšího magnetického pole.
To je podstatné. Vědci již dříve prokázali, že náboj elektronu se může ve velmi silném magnetickém poli „rozdělit“ na zlomkové hodnoty, což je známé jako frakční kvantový Hallův jev. Juova dřívější práce jako první zjistila, že tento jev je možný v grafenu i bez magnetického pole. Nová studie přináší i vysvětlení, založené tedy především na kvantově-mechanických výpočtech: elektrony tvoří jakousi krystalovou strukturu, jejíž vlastnosti jsou ideální pro vznik zlomkových nábojů.
Moiré uspořádání pentalayerového grafenu, v němž jsou jednotlivé mřížkovité vrstvy atomů uhlíku uspořádány na sobě a na horní straně nitridu boru, vyvolává slabý elektrický potenciál. Když elektrony procházejí tímto potenciálem, vytvářejí jakýsi krystal nebo periodický útvar, který elektrony omezuje a nutí je interagovat prostřednictvím jejich kvantových korelací. Toto přetahování elektronů vytváří pro každý elektron jakýsi oblak možných fyzikálních stavů, který interaguje s každým jiným oblakem elektronů v krystalu ve vlnové funkci neboli vzorci kvantových korelací, což umožňuje „rozdělení elektronů“.
Zhihuan Dong et al, Theory of Quantum Anomalous Hall Phases in Pentalayer Rhombohedral Graphene Moiré Structures, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.206502. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2311.03445
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / MIT News / Phys.org, přeloženo / zkráceno
