Ученые разгадали секрет дробных электронов

Физики случайно обнаружили необычное квантовое поведение электронов, используя графен и сверхнизкие температуры, открывая новые перспективы в квантовых технологиях. Исследование , проведенное специалистами Массачусетского технологического института (MIT), демонстрирует возможность деления электронов на доли без применения мощных магнитных полей, что ранее считалось необходимым условием для наблюдения такого явления.

Электроны, хоть и являются элементарными частицами, в новом эксперименте были "расколоты" на дробные заряды при помощи ультратонких слоев графена и хлопьев нитрида бора, охлажденных до температур, близких к абсолютному нулю. Обычно для достижения так называемого "дробного квантового эффекта Холла" требовалось создание постоянного магнитного поля. Однако команда ученых MIT продемонстрировала, что для наблюдения "дробного заряда" достаточно использовать простые материалы, такие как графен.

В ходе эксперимента исследователи сложили пять слоев графена, каждый толщиной в один атом, создавая ступенчатую структуру. Эти слои были зажаты между двумя хлопьями нитрида бора, создавая решетчатую структуру, которая в свою очередь имитировала эффекты магнитного поля. После подключения электродов и охлаждения системы до температур, близких к абсолютному нулю, команда наблюдала неожиданное явление "дробного заряда".

"Когда мы впервые увидели это, сначала не узнали. Затем начали кричать от осознания, насколько это велико. Это был совершенно неожиданный момент," - поделился один из соавторов исследования, ассистент профессора физики MIT, Лонг Ю. Он отметил, что "дробный заряд" представляет собой настолько экзотическое явление, что его реализация в такой простой системе без магнитного поля может открыть путь к новому типу квантовых вычислений, более устойчивых к помехам.

Данное открытие, опубликованное в журнале Nature, не только подтверждает возможность наблюдения "дробного квантового аномального эффекта Холла" (аномальный здесь означает "немагнитный") в кристаллическом графене, но и открывает новые перспективы для исследований в области квантовой физики и разработки квантовых технологий.