Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fyzikové z MIT oznámili nečekaný objev elektronů tvořících krystalické struktury ve čtyřvrstvém a pětivrstvém kosočtverečném grafenu – materiálu o tloušťce pouhé miliardtiny metru.
Při teplotě mezihvězdného prostoru stačí k přípravě elektronových krystalů pouhé řízení vnějšího elektrického napětí. Za těchto podmínek se elektrony mohou také štěpit na „zlomkové“ (frakční) kvazičástice se stejně tak zlomkovým nábojem.
Klíčové pro tento objev měla být mj. efektivnější metoda chlazení.
Po období popularity dvojvrstvého grafenu s magickým úhlem nyní evidetně roste zájem o grafen ve více vrstvách. To, že k popsaným jevům dochází ve struktuře se 4 i 5 vrstvami, navíc naznačuje, že by mohla existovat celá rodina materiálů s podobným chováním.
Příslušní vědci z MITu (Long Ju, Zhengguang Lu a jejich kolegové) patří právě k průkopníkům výzkumu pětivrstvého grafenu. Například v roce 2023 vytvořili sendvič z kosočtverečného pětivrstvého grafenu s příměsí z hexagonálního nitridu boru. Po připojení vnějšího elektrického napětí se objevily jevy, které jsme u grafenu dosud neznali. Významná byla v tomto ohledu především „zlomkovitost“ elektronů. „Frakční kvantový Hallův jev“ byl do té doby pozorován pouze v několika složitých systémech, obvykle při velmi vysokých magnetických polích. Práce z MITu ukázala, že se může objevit i v poměrně jednoduchém materiálu bez vnějšího magnetického pole (za těchto podmínek se někdy používá označení „anomální frakční kvantový Hallův jev“).
V současné práci tým uvádí další neočekávané jevy v systému z kosočtverečného grafenu a nitridu boru při ochlazení na 30 milikelvinů. V loňském článku vědci popsali šest frakčních stavů elektronů, nyní uvádějí, že objevili další dva.
Elektronové krystaly zmíněné v titulku mají pak odpovídat tomu, co se označuje „celočíselný kvantový anomální Hallův jev“ (integer quantum anomalous Hall effect), což je něco pozorovaného vůbec poprvé. Můžeme si to představit jako elektronový led, frakční fáze pak odpovídá „kapalné“ vodě, ovšem opět z elektronů. Fascinující je, že při pečlivě vyladěném vnějším napětí mohou obě fáze v materiálu existovat vedle sebe. Lze tak vytvořit „krajinu“ podobnou řece protínající ledovce.
Zhengguang Lu et al, Extended quantum anomalous Hall states in graphene/hBN moiré superlattices, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08470-1
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / MIT News/Phys.org, přeloženo / zkráceno
