Priverstas paleisti anglies atomų labirintą, unikaliai išdėstytą susuktuose krūvose, elektronai daro keletą savitų dalykų.
Tyrėjai iš Britų Kolumbijos universiteto Kanadoje, Vašingtono universitetas ir Johns Hopkins universitetas JAV ir Nacionalinis medžiagų mokslo institutas Japonijoje Neseniai atrado keistą naują materijos būseną srovių, tekančių per grafeno sluoksnius, dinamikoje.
Rezultatai patvirtina prognozes, kaip elektronai turėtų elgtis, kai suspaudžiami į kristalinius išdėstymus, ir gali prisidėti prie naujų idėjų, kaip pasiekti patikimą kvantinio skaičiavimo metodą arba atskleisti būdus, kaip sukurti kambario temperatūros supervalstybinę dalį.
„Šio darbo pradžios taškas yra du grafeno dribsniai, kuriuos sudaro anglies atomai, išdėstyti korio struktūroje“, – sako tyrimo vyresnysis autorius Joshua Folkas, kondensuotos medžiagos fizikas Britanijos Kolumbijos universitete.
„Tai, kaip elektronai šokinėja tarp anglies atomų, lemia grafeno elektrines savybes, kurios galų gale yra paviršutiniškai panašūs į labiau paplitusius laidininkus, tokius kaip varis”.
Grafenas per pastaruosius dešimtmečius vis dažniau buvo laikomas nuostabia medžiaga, o anglies atomų grotelės sujungtos taip, kad atsarginiai elektronai galėtų šokti apie žetonus kvantinių tikrintuvų žaidime.
Fizikai nuosekliai sulenkė šio žaidimo taisykles, ieškodami naujų ir neįprastų būdų pakeisti pasipriešinimo savybes ar koordinuoti egzotiškas būsenas. Dėl šių priežasčių grafenas tapo puikia žaidimų aikštele, kurioje galima ieškoti įkalčių apie mažo atsparumo laidumą arba išbandyti įvairių kvantinių efektų ribas.
Vienas iš tokių efektų yra elektronų „užšalimas“ į ribotas padėtis, veiksmingai paverčiant juos tekančiu skysčiu panaši mase į kažką su struktūra. Ši elektronų fazė, žinoma kaip „Wigner“ kristalas, turi būdingų formų ir elgesio tyrinėtojų manymu, jie gerai suprato.
Šiame eksperimentų metu tyrėjai susuko vienkartinio grafeno lapų krūvas taip, kad privertė nesusijusius anglies atomus suderinti tai, kas apibūdinama kaip moiré (tariamas MWA-ray) efektas.
„Moiré“ efektus nėra sunku rasti mūsų kasdieniame pasaulyje. Matomi tinklelio ar ekranų krūvose, jie atrodo kaip pasikartojančios linijos, apskritimai ar kreivės kaip kontrastai tamsoje ir šviesoje, sudarančioje tinklelį sujungti ar atšaukti.
Tik šiuo atveju kontrastingos susukto grafeno struktūros žaidžia su elektronų geometrija arba tuo, kas vadinama jo kraštovaizdžio topologija. Rezultatas yra elektrono greičio poslinkis, kai kurie netgi sukūrė posūkį, kai jie juda išilgai medžiagos kraštų.
„Tai lemia paradoksalų topologinio elektroninio kristalo, nematyto įprastuose praeities kristalų kristaluose, elgseną – nepaisant kristalų, susidarančių užšaldyti elektronus į užsakytą masyvą, jis vis dėlto gali atlikti elektrą prie savo ribų“, – sako Folkas.
Būtent šioje keistoje naujoje elektronų elgsenos srityje atsiranda keista veikla, pavyzdžiui, pasipriešinimo, žinomo kaip „Quantum Hall“ efektas, kiekybiškai.
Naujos tokios topologinio aktyvumo būsenos yra potenciali aukso kasykla fizikams, norintiems ištirti būdus, kaip sukurti kvantinius skaičiavimo vienetus, vadinamus QUBIT, kurie yra atsparesni nei įprastos rūšys, pagrįstos pagrindinėmis dalelėmis.
Įsikrovę siauros grafeno krūvos į M elektronų ekvivalentą möBIUS juosta gali būti tik pradžia. Šioje skalėje esanti geometrija yra teorizuota, kad būtų galima pateikti keistą elektronų kvaziparticles zoologijos sodą su visokiomis susuktos naujos fizikos rūšimis.
Šis tyrimas buvo paskelbtas Prigimtis.
