У графена обнаружен необычный дробный квантовый эффект Холла

Дробный квантовый эффект Холла возникает, когда носители заряда (электроны) ограничены в двумерной плоскости (одноатомном слое углерода, графене) и подвергаются воздействию перпендикулярного этой плоскости магнитного поля. Если принять направление тока за X, а перпендикулярного ему магнитного поля — за Z, то в направлении Y возникнет напряжение, называемое холловским.

При очень низких температурах оно квантуется, скачкообразно изменяясь от одного уровня к другому.

Амир Якоби и его коллеги из Гарвардского университета (США) при содействии учёных из Института физики твёрдого тел Общества Макса Планка (Германия), используя однооэлектронный транзистор (scanning single-electron transistor, SET), способный обнаружить одиночные электроны, исследовали образцы графена, к которым прикладывалось перпендикулярное магнитное поле. Как отмечают учёные, именно эта техника измерений является единственной достаточно эффективной и чувствительной для успешного измерения дробного эффекта Холла в графене.

Одноэлектронный транзистор для изучения дробного квантового эффекта Холла (фото Amir Yacoby et al.).

Напомним: электроны как носители заряда в графене ведут себя в целом несколько необычно, перемещаясь очень быстро и так, как будто у них нет массы покоя. Авторам работы также удалось обнаружить, что между уровнями Ландау, соответствующими V = 0 и 1, периодически наблюдаются несжимаемые дробные квантовые состояния Холла. Причём наступали они только при определённых значениях магнитного поля.

Основной причиной этого исследователи считают необычайно сильное взаимодействие электронов в графене, что и имело своим итогом особую физику дробного квантового эффекта Холла. «Графен, таким образом, является многообещающим материалом для изучения электро-электронных взаимодействий», — отмечает Амир Якоби.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.