Физики Массачусетского технологического института сообщают о неожиданном открытии: электроны образуют кристаллические структуры в материале толщиной всего в миллиардные доли метра. Эта работа пополняет список открытий, сделанных с помощью этого материала, который та же команда исследователей открыла всего три года назад. В статье, опубликованной 22 января в Nature, команда учёных описывает, как электроны в устройствах, частично изготовленных из нового материала, могут становиться твёрдыми или образовывать кристаллы, если изменить напряжение, подаваемое на устройства, когда они находятся при температуре, близкой к температуре космического пространства. В тех же условиях они также продемонстрировали появление двух новых электронных состояний, которые дополняют работу, о которой они сообщили в прошлом году и показывают, что электроны могут разделяться на части.
Физики смогли сделать эти открытия благодаря новым изготовленным на заказ фильтрам для лучшей изоляции оборудования, задействованного в работе. Они позволили охладить устройства на порядок ниже, чем при получении предыдущих результатов. Команда исследователей также наблюдала все эти явления, используя две немного отличающиеся "версии" нового материала: одна состояла из пяти слоёв атомарно тонкого углерода, а другая — из четырёх слоёв.
Существует семейство материалов, в которых можно добиться такого поведения, и это интересно. Мы нашли золотую жилу, и с каждым открытием мы узнаём что-то новое.
Лонг Джу, доцент кафедры физики Массачусетского технологического института, который руководил работой
Известно, что Лонг Джу также работает в Лаборатории исследований материалов и Исследовательской лаборатории электроники Массачусетского технологического института. Говоря о новом материале, известном как ромбоэдрический пятислойный графен,
Напомним, что Ромбоэдрический пятислойный графен — это, по сути, особая форма графита. Графит, или карандашная стружка, состоит из графена — одного слоя атомов углерода, расположенных в форме шестиугольников, напоминающих соты. Ромбоэдрический пятислойный графен состоит из пяти слоёв графена, расположенных в определённом порядке. С тех пор как Джу и его коллеги открыли этот материал, они экспериментировали с ним, добавляя слои другого материала, который, по их мнению, мог усилить свойства графена или даже создать новые явления. Например, в 2023 году они создали сэндвич из ромбоэдрического пятислойного графена с "булочками" из гексагонального нитрида бора. Прикладывая к сэндвичу разное напряжение или количество электричества, они обнаружили три важных свойства, которых раньше не было у природного графита.
В прошлом году Джу и его коллеги сообщили о ещё одном важном и даже более удивительном явлении: при подаче тока на новое устройство, состоящее из ромбовидного пятислойного графена и гексагонального нитрида бора, электроны становились частью самих себя. Это знание важно, потому что "дробный квантовый эффект Холла" наблюдался только в нескольких системах, обычно в очень сильных магнитных полях. Работа Джу показала, что это явление может возникать в довольно простом материале без магнитного поля. В результате его назвали "дробным квантовым аномальным эффектом Холла" (аномальный означает, что магнитное поле не требуется).
Новые результаты
В текущей работе команда Джу сообщает о ещё более неожиданных явлениях в общей ромбоэдрической системе графен/нитрид бора при охлаждении до 30 милликельвинов (1 милликельвин эквивалентен -459,668 градуса по Фаренгейту). В прошлогодней статье Джу и его коллеги сообщили о шести дробных состояниях электронов. В текущей работе они сообщают об открытии ещё двух таких дробных состояний.
Они также обнаружили ещё одно необычное электронное явление: целочисленный квантовый аномальный эффект Холла в широком диапазоне плотности электронов. Было установлено, что дробный квантовый аномальный эффект Холла возникает в "жидкой" электронной фазе, аналогичной воде. Напротив, новое состояние, которое команда исследователей наблюдала сейчас, можно интерпретировать как "твёрдую" электронную фазу, напоминающую образование электронного "льда", которая также может сосуществовать с дробными квантовыми аномальными состояниями Холла при тщательной настройке напряжения системы при сверхнизких температурах.
Один из способов понять взаимосвязь между целочисленными и дробными состояниями — представить карту, созданную путём настройки электрического напряжения. Настраивая систему с помощью разных напряжений, можно создать "ландшафт", похожий на реку (которая представляет собой дробные состояния, похожие на жидкость), протекающую через ледники (которые представляют собой целочисленные состояния, похожие на твёрдые тела), — объясняет Джу.
Джу отмечает, что его команда наблюдала все эти явления не только в пятислойном ромбоэдрическом графене, но и в ромбоэдрическом графене, состоящем из четырёх слоёв. Это создаёт семейство материалов и указывает на то, что могут существовать и другие "родственники".
Эта работа показывает, насколько богат этот материал в плане проявления экзотических явлений. Мы просто добавили изюминку в этот и без того очень интересный материал.
Чжэнгуан Лу, один из первых авторов статьи
Напомним, что Чжэнгуан Лу, который проводил эту работу в качестве постдока в Массачусетском технологическом институте, в настоящее время работает на факультете в Университете штата Флорида.
Стволовые клетки помогут находящимся под угрозой исчезновения диким кошкам.
Фото: Массачусетский технологический институт, Майкл Хёрли и Сэмпсон Уилкокс / Исследовательская лаборатория электроники
Обсуждение ( 0 ) Посмотреть все