Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kvantový Hallův jev znamená podivné chování elektronů vlivem vnějšího magnetického pole, kdy materiál např. může vykazovat kvantované hladiny odporu. Efekt byl popsán v grafenu, ale jak se nyní ukazuje, nevyžaduje striktně vzato 2D materiály.
Vědci University of Manchester (v týmu byl i objevitel grafenu a nositel Nobelovy cenu za fyziku Andre Geim, dále Artem Mishchenko a Volodya Fal’ko) nyní popsali existenci kvantového Hallova jevu (QHE) i v krystalu grafitu ze stovek vrstev grafenu – což je zvláštní, protože při tomto jevu je třeba, aby se elektrony směly pohybovat pouze v jedné rovině a nikoliv kolmo na ni. A ještě podivnější se zdá být, že i při více než 100 vrstvách se chování materiálu lišilo podle toho, zda příslušný počet byl sudý nebo lichý (poznámka: šlo o grafit zpětně složený z jednotlivých vrstev grafenu, když se ten počet tak přesně věděl? zdroj uvádí, že krystal neobsahoval žádné vady a jeho kvalita byla ještě zvýšena zapouzdřením do dalšího vysoce kvalitního vrstveného materiálu, nitridu boru). Elektrony ve 2 vrstvách nad sebou mají mít vždy různé vlastnosti, takže jde o to, zda je počet těchto vrstev stejný nebo se o 1 liší, u lichého počtu vrstev jsou snížené rozdíly mezi hodnotami energií různých energetických hladin (poznámka: tedy alespoň, zde i jinde, nakolik tomu coby laici můžeme rozumět).
Kvantový Hallův jev vznikl v grafitu působením vnějšího magnetického pole. Měřením napětí v různých směrech se pak podařilo odlišit běžný odpor grafitu a odpor vzniklý v důsledku kvantového Hallova jevu.
Další podivností má být že při teplotě pod 0,5 K se objevuje tzv. frakční QHE. V důsledku speciálního chování elektronů dochází ke vzniku kvazičástic, jejichž náboj je zlomkem náboje elektronu (podobné kolektivní interakce elektronů vedou i k supravodivosti).
Autoři výzkumu uvádějí, že se znalostmi a metodami získanými při studiu grafenu se nyní lze vrátit i ke starému dobrému grafitu a objevit zde jevy, o nichž dosud nikdo netušil – i přesto, jak dlouho je tento materiál intenzivně studován.
Grafit může být např. stohován dvěma způsoby; v tomto případě šlo o stohování vrstev vyskytující se v přírodě („Bernal“), stabilní je ale i stohování v rovnoběžnostěnu (rhombohedral), kde ale jsou zatím k dispozici spíše teoretické předpovědi než skutečně změřené vlastnosti. Samozřejmě se v této souvislosti spekuluje i o vysokoteplotní supravodivosti…
Dimensional reduction, quantum Hall effect and layer parity in graphite films, Nature Physics (2019). DOI: 10.1038/s41567-019-0427-6 , https://www.nature.com/articles/s41567-019-0427-6
Zdroj: Phys.org
