Физики обнаружили новый квантовый эффект в двухслойном графене
До сих пор подобный эффект ученые обнаруживали только в сложных материалах. Добавление квантового аномального эффекта Холла к остальным особенностям двухслойного графена делает этот материал перспективным для будущего применения в квантовых технологиях
Квантовый эффект Холла — это макроскопическое явление, при котором поперечное сопротивление материала поэтапно изменяется на квантованные величины. Это происходит в двумерных электронных системах при низких температурах и в условиях сильных магнитных полей. Однако в отсутствие внешнего магнитного поля двумерная система может спонтанно генерировать свое собственное магнитное поле, например, за счет орбитального ферромагнетизма, возникающего в результате взаимодействия электронов. Такое поведение называется квантовым аномальным эффектом Холла.
Почему это важно? Возможность контролировать электронные свойства двухслойного графена с высокой точностью может сделать его потенциальным кандидатом для устройств хранения и обработки квантовой информации с низким числом ошибок. В этом материале на сегодня ученые смогли объединить ферромагнетизм, сегнетоэлектричество и квантовый аномальный эффект Холла — пока что ни один материал не показал подобного сочетания свойств.
Подробнее. В исследовании 2011 года авторы нынешней работы предсказали, что двухслойный графен будет иметь пять конкурирующих семейств основных состояний, которые возникают при температуре, близкой к абсолютному нулю (-273,15 градуса Цельсия). Такие состояния обусловлены взаимодействием электронов, поведение которых регулируется квантовой механикой и квантовой статистикой.
Четыре из предсказанных тогда состояния ученые смогли наблюдать в прошлом. Но самое последнее — пятое — оказалось самым сложным и самым интересным. В экспериментах, описанных в исследовании, физики обнаружили восемь различных основных состояний в этом пятом семействе. В этих состояниях в материале может одновременно возникать квантовый аномальный эффект Холла, ферромагнетизм и сегнетоэлектричество.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
