Nature: в новом материале обнаружен кристалл из электронов

Ученые из Массачусетского технологического института сделали неожиданное открытие: в материале толщиной всего в несколько миллиардных долей метра электроны могут кристаллизоваться, образуя подобие твердого тела. Работа опубликована в журнале Nature.

Исследователи выяснили, что в устройствах, созданных на основе нового материала, электроны могут переходить в твердое состояние при изменении напряжения, если температура приближена к температуре космоса. Ранее считалось, что электроны в этом материале ведут себя как жидкость, но теперь ученые обнаружили, что они могут принимать и кристаллическую структуру – нечто вроде электронного "льда".

Более того, в ходе экспериментов были зафиксированы два новых электронных состояния, дополняющих открытое ранее явление, при котором электроны могут разделяться на доли самих себя.

Исследуемый материал, ромбоэдрический пентаслойный графен, представляет собой особую форму графита – того самого вещества, из которого сделан грифель карандаша. Он состоит из пяти слоев атомарно тонкого углерода, расположенных в специфическом порядке.

Ранее команда профессора Лонга Джу уже экспериментировала с этим материалом, комбинируя его с гексагональным нитридом бора. В прошлом году они обнаружили редкое явление – фракционный квантовый аномальный эффект Холла, при котором электроны ведут себя как дробные частицы без влияния магнитного поля.

В новом исследовании, охлаждая материал до 30 милликельвинов (почти -273°С), ученые зафиксировали еще два фракционных состояния электронов. Но самым неожиданным стало появление целочисленного квантового аномального эффекта Холла, который напоминает замерзание электронов в твердую фазу.

Профессор Лонг Джу объясняет, что этот эффект можно сравнить с картой, где реки (фракционные жидкие состояния электронов) прорезают ледники (твердые целочисленные состояния). Более того, это поведение наблюдается не только в пентаслойном графене, но и в четырехслойном его аналоге, что позволяет говорить о целой семье подобных материалов.

Физики называют ромбоэдрический графен настоящей золотой жилой: с каждым новым исследованием он открывает все больше неожиданных свойств.

"Мы нашли клад, и каждая новая находка становится все интереснее", — заключил Лонг Джу.