Недавние исследования ученых из Университета штата Джорджия перевернули с ног на голову устоявшиеся представления о материи. Их работа, посвященная дробному квантовому эффекту Холла (ДКЭХ), может привести к прорывам в квантовых вычислениях и материаловедении.
Команда под руководством профессора Рамеша Г. Мани и недавнего выпускника У. Кушана Виджевардена обнаружила новые неравновесные состояния материи, возникающие в процессе изучения ДКЭХ, что сулит невероятные перспективы для будущих технологий. Их революционные выводы, опубликованные в журнале Communications Physics, заставляют по-новому взглянуть на физику конденсированного состояния.
Содержание
Загадочный мир дробного квантового эффекта Холла
Дробный квантовый эффект Холла — это удивительное явление, происходящее в двумерных системах при экстремальных условиях, когда электроны начинают вести себя совершенно неожиданным образом. Под воздействием мощных магнитных полей электроны группируются, образуя так называемые квазичастицы с дробным электрическим зарядом.
ДКЭХ уже давно будоражит умы физиков, открывая удивительные свойства двумерных систем, подобно тем, что описаны в знаменитой повести Эдвина Эбботта “Флатландия”. Эти исследования стали основой для Нобелевских премий, присужденных за открытие квантового эффекта Холла и, собственно, дробного квантового эффекта Холла. Благодаря этим открытиям стали возможны современные технологии, от смартфонов до квантовых компьютеров.
Неожиданное расщепление состояний ДКЭХ
В своих экспериментах Мани и Виджевардена исследовали ДКЭХ в магнитном поле, в 100 000 раз превышающем магнитное поле Земли, при сверхнизких температурах. Используя высокоподвижные полупроводниковые устройства, состоящие из слоев арсенида галлия (GaAs) и арсенида алюминия-галлия (AlGaAs), и пропуская через них ток, ученые смогли исследовать уникальные аспекты ДКЭХ, недоступные ранее.
Наблюдая за поведением ДКЭХ, команда обнаружила неожиданное расщепление состояний и пересечение их ветвей. Это, казалось бы, незначительное открытие имеет огромное значение, поскольку указывает на существование ранее неизвестных состояний материи.
Мани сравнил эти наблюдения с исследованием верхних этажей здания. Многие люди покупают или арендуют дома, но редко поднимаются на чердак. Так и в физике, неисследованные “этажи” ДКЭХ таили в себе сложные структуры возбужденных состояний, открытие которых имеет далеко идущие последствия.
Открытия, меняющие представление о материи
“Мы работаем над этими явлениями уже много лет, но впервые сообщаем о результатах экспериментов по достижению возбужденных состояний дробного квантового эффекта Холла, вызванных приложением постоянного тока”, — поделился Виджевардена. “Результаты захватывающие, и нам потребовалось немало времени, чтобы найти им разумное объяснение”.
По словам Виджевардена, результаты исследования могут свидетельствовать о гибридном происхождении наблюдаемых неравновесных возбужденных состояний ДКЭХ.
Это открытие может не только бросить вызов существующим теориям, но и открыть новые горизонты для исследований в области физики конденсированного состояния. В будущем эти исследования могут выйти за пределы лабораторий и привести к революционным технологиям в области квантовых вычислений и материаловедения.
Виджевардена и Мани планируют продолжить работу в этом направлении, чтобы глубже понять природу ДКЭХ и открыть новые тайны, которые могут стать ключом к технологиям будущего.
Читайте также: Загадочные глубины Вселенной: темная материя из пятого измерения
