Физики наблюдали за поведением электронов в экстремальных условиях: при температуре близкой к абсолютному нолю и в магнитном поле, которое почти в 100 000 раз мощнее земного.

Физики из Университета штата Джорджия изучали дробный квантовый эффект Холла. Он проявляется в двумерном электронном газе при экстремально низкой температуре в сильных магнитных полях. Анализ показал, что при приложении дополнительного тока состояния дробного эффекта неожиданно расщепляются и переплетаются, демонстрируя новые неравновесные значения заряда для квантовых систем и обнаруживая неизвестные состояния материи.

Ученые использовали полупроводниковые компоненты с высокой подвижностью электронов, изготовленные из арсенида галлия и арсенида алюминия-галлия. Полупроводники охладили до температуры на доли градуса выше абсолютного ноля (-273 °C) для создания двумерной среды, способствующей беспрепятственному движению электронов и поместили в магнитное поле с индукцией почти в 100 тыс. раз больше земного.

Вводя в систему дополнительный ток, физики наблюдали удивительное расщепление и последующие пересечения ранее известных состояний дробного квантового эффекта Холла.

«Мы впервые сообщаем об экспериментальных наблюдениях возбужденных состояний дробных дробного квантового эффекта Холла, индуцированных смещением постоянного тока», — заявляет Кушана Виджевардена, соавтор исследования. Ученые добавляют, что результаты наблюдений подразумевают наличие совершенно новых состояний материи.

Подумайте о традиционном изучении дробных квантовых эффектов Холла как об исследовании первого этажа здания. Наше исследование заключается в поиске и открытии верхних этажей — этих захватывающих, неисследованных уровней — и выяснении того, как они выглядят.

Рамеш Мани, соавтор исследования

Электрон описывают в виде частицы с фиксированным отрицательным зарядом. Но в особых экстремальных условиях они располагаются так плотно, что начинают вести себя словно дроби целой частицы с разделением заряда на компоненты. Такое поведение называют дробным квантовым эффектом Холла.

Исследования дробления заряда уже несколько десятилетий находятся в центре внимания физики конденсированного состояния. Их результаты лежат в основе технологий, применяемых в смартфонах, компьютерах, солнечных батареях и квантовых устройствах.

Результаты нового исследования расширяют представления ученых об этих сложных системах. Открытие также найдет применение в микроэлектронике, энергосберегающих приборах и квантовых вычислениях, добавляют авторы исследования.

Подробно результаты исследования описаны в статье в журнале Nature Communications Physics.

Источник: ХайТек