Дробный квантовый эффект Холла в графене: как электроны теряют свою целостность

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Все мы знаем, что электроны — это элементарные частицы, которые несут электрический заряд. Они составляют часть атомов, из которых состоят все вещества в природе. Но что, если я вам скажу, что электроны могут разделяться на более мелкие частицы, которые имеют дробный заряд? А такие дробные заряды могут быть использованы для создания квантовых компьютеров, которые будут работать быстрее и точнее, чем обычные компьютеры.

Дробный квантовый эффект Холла, как правило, наблюдается при очень сильных магнитных полях, но физики из Массачусетского технологического института теперь наблюдали его в простом графене. В пятислойной муаровой сверхрешетке из графена/гексагонального нитрида бора (hBN) электроны (синий шар) сильно взаимодействуют друг с другом и ведут себя так, как будто они разбиты на дробные заряды
Дробный квантовый эффект Холла, как правило, наблюдается при очень сильных магнитных полях, но физики из Массачусетского технологического института теперь наблюдали его в простом графене. В пятислойной муаровой сверхрешетке из графена/гексагонального нитрида бора (hBN) электроны (синий шар) сильно взаимодействуют друг с другом и ведут себя так, как будто они разбиты на дробные заряды
Автор: Sampson Wilcox, RLE Источник: phys.org

Ученые уже давно изучают такое явление, как дробный квантовый эффект Холла, который проявляется в очень экзотических состояниях вещества, когда электроны взаимодействуют друг с другом так сильно, что начинают вести себя как дроби своего целого. Это явление было впервые обнаружено в 1982 году в полупроводниках, помещенных в сильные магнитные поля, и стало одним из самых удивительных и загадочных открытий в физике.

Дробный квантовый эффект Холла имеет огромное значение для квантовой информатики, так как он позволяет создавать кубиты — основные единицы квантового компьютера — из дробных зарядов, которые обладают топологической защитой. Это означает, что они устойчивы к внешним помехам и ошибкам, которые могут исказить информацию, хранящуюся в кубитах. Такие кубиты могут быть использованы для выполнения сложных вычислений, которые недоступны для классических компьютеров.

Однако, для наблюдения дробного квантового эффекта Холла требуются очень сложные и дорогие экспериментальные установки, которые могут создавать и поддерживать высокие магнитные поля и сверхнизкие температуры. Поэтому ученые искали способы реализовать этот эффект в более простых и доступных материалах, которые не требуют магнитных полей.

И вот, в 2023 году, две независимые группы исследователей добились этой цели, используя разные материалы. Одна группа из Вашингтонского университета использовала скрученный полупроводник под названием дителлурид молибдена, который имеет врожденное магнитное поле, благодаря своей особой атомной структуре. Другая группа из Массачусетского технологического института использовала пентаслойный графен — структуру из пяти слоев атомного углерода, которые сложены как ступеньки на лестнице.

Группа из Массачусетского технологического института обнаружила, что пентаслойный графен, выровненный с гексагональным нитридом бора, образует муаровую сверхрешетку — сложную атомную структуру, которая замедляет электроны таким образом, что имитирует магнитное поле. Благодаря этому, электроны в графене начинают дробиться и проявлять дробный квантовый аномальный эффект Холла без магнитного поля.

Это открытие было совершенно неожиданным, так как графен не считался материалом, который может проявлять такой эффект. Однако, это открытие имеет большой потенциал для создания квантовых компьютеров на основе графена, которые будут иметь два разных эффекта — дробный квантовый эффект Холла и сверхпроводимость — в одном и том же материале. Это может упростить и улучшить процесс квантовых вычислений, избегая нежелательных эффектов при соединении графена с другими материалами.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Когда Средиземное море почти высохло: что осталось на дне и можно ли было туда спуститься

Представьте, что море отступило не на несколько метров, а почти на два километра вниз. Бывший берег оказался далеко наверху. Между Европой и Африкой открылись огромные пространства, а оставшаяся...

A4TECH Bloody MS76 Plus — обзор механической клавиатуры с горячей заменой магнитных свитчей и частотой опроса 8000 Гц

Сегодня на обзоре обновленная модель MS76 Plus от A4Tech Bloody. У нее также съемные магнитные свитчи и весь список заведенных функций этих переключателей, что и у MS76. В основе расширенного...

Самый массовый обман аудиотехники 90-х: почему магнитолы из Китая с наклейкой «500 Вт» играли не громче советской «Весны»

В начале 1990-х годов на постсоветский рынок хлынул поток массовой электроники из Юго-Восточной Азии. Среди прочего появились компактные кассетные магнитолы и музыкальные центры, на корпусах...

✦ ИИ  Можно ли вычислить человека по IP-адресу и узнать, где он живёт на самом деле

В интернете регулярно появляются истории о том, как неизвестный собеседник вычислил человека по IP-адресу, узнал его домашний адрес и даже определил, в какой квартире он находится. Иногда такие...

Куда сходить в Москве в ноябре: выставки и мероприятия, которые не стоит игнорировать

Год уже близится к финалу, но музеи и галереи Москвы продолжают радовать новыми открытиями. К 160-летию Льва Бакста - новый проект Третьяковской галереи Несколько дней назад в Инженерном...

Хищную улитку завезли на Гавайи для борьбы с гигантской африканской — вредитель остался, а местные улитки начали исчезать

В 1955 году на Гавайях решили бороться с одним чужеродным видом при помощи другого. Гигантская африканская улитка Lissachatina fulica уже почти два десятилетия размножалась в садах и на плантациях,...