Электроны ведут себя странно: дробный заряд найден в графене без магнитного поля

Элементарный заряд, обозначаемый символом «e», является фундаментальной константой Вселенной. Он определяет единицу электрического заряда, которым обладает один протон (положительный) и электрон (отрицательный). Однако новое исследование ставит под сомнение наше понимание этой, казалось бы, неизменной величины.

Хотя понятие «дробный заряд» может показаться научной фантастикой, это реальное явление, наблюдаемое в определенных материалах при определенных условиях и известное как дробный квантовый эффект Холла. Этот эффект заставляет электроны проявлять долю своего обычного заряда, но только в очень сильных и тщательно контролируемых магнитных полях.

Новое исследование, проведенное учеными Массачусетского технологического института, изучает эту концепцию на неожиданном материале — графене. Исследовательская группа создала особый материал, уложив пять слоев графена, напоминающих лестницу, и поместив их между двумя слоями гексагонального нитрида бора. Затем этот гибридный материал был подвергнут воздействию экстремально низких температур.

Пропуская электроны через этот уникальный материал, исследователи заметили нечто необычное: электроны вели себя так, как будто несли доли своего обычного заряда, даже в отсутствие внешнего магнитного поля.

Это первое в истории наблюдение дробного квантового аномального эффекта Холла в кристаллическом графене. Эта «аномальная» часть означает отсутствие магнитного поля, которое обычно является ключевым условием для наблюдения дробного заряда. Это открытие удивило даже самих исследователей.

Исследовательская группа под руководством профессора Лонг Джу планирует углубиться в изучение уникальных электронных свойств многослойного графена, ожидая новых открытий.