Ученые-физики обнаружили ранее неизвестную группу квазичастиц

Новости МирТесен

Полученные в результате открытия данные могут быть использованы при разработке электронных устройств и оборудования, способных функционировать в условиях интенсивного магнитного воздействия.

Ученые из Манчестера, возглавляемые Андреем Геймом, лауреатом Нобелевской премии, выявили новое семейство квазичастиц в графен-нитриде бора. Эти квазичастицы получили название «фермионы Брауна — Зака», и подробное описание открытия представлено в научной статье опубликована в Nature Communications.

Достижение стало возможным благодаря кропотливому анализу исследуемого вещества. Специалистам удалось добиться точного выравнивания атомной структуры графеновой пластины относительно изолирующего слоя нитрида бора, что существенно модифицировало характеристики графена.

«В отсутствие магнитного поля электроны перемещаются по ровным линиям, однако при воздействии магнитного поля их движение приобретает дугообразную форму,» – рассказывают Жюльен Барьер и Пиранаван Кумаравадивел, которые осуществляли экспериментальную часть исследования. «В графеновом слое, расположенном на нитриде бора, траектории также начинают искривляться; но при создании магнитного поля с заданными характеристиками частицы вновь движутся по прямым линиям, создавая иллюзию отсутствия магнитного воздействия!»

Наблюдаемое поведение электронов существенно отличается от того, что предсказывалось теорией. Специалисты объясняют этот феномен формированием в сильном магнитном поле новых квазичастиц, характеризующихся высокой подвижностью. Ранее коллективное поведение электронов в графене интерпретировалось через концепцию фермионов Дирака — квазичастиц с особыми свойствами, такими как отсутствие массы, которые проявляются в сильных магнитных полях. Тем не менее, подобный подход оказался недостаточным для объяснения ряда экспериментальных результатов.

В предлагаемой работе авторы рассматривают «фермионы Брауна — Зака» как класс квазичастиц, возникающих в графеновых сверхрешетках под воздействием сильного магнитного поля. Эти квазичастицы описываются как совокупные колебания электронов в слое графена, проявляющие себя в виде частицы с нулевой массой.

Обладая уникальными характеристиками, квазичастицы демонстрируют крайне слабое взаимодействие с магнитными полями, позволяя им двигаться по прямой линии. Даже при воздействии мощных магнитов, «фермионы Брауна — Зака» сохраняют свою траекторию, оставаясь неизменными даже под действием поля с индукцией в 16 тесла — это в 500 000 раз превышает величину магнитного поля Земли!

Открытие впоследствии может быть использовано при разработке электронных устройств и оборудования, способных выдерживать воздействие мощных магнитных полей. Ученые считают, что подобные квазичастицы можно будет обнаружить не только в графен-нитриде бора, но и в других двумерных материалах.

До этого момента нам уже было известно об удивительном наблюдении ученых-физиков, открывающем путь к стабилизировать реакции термоядерного синтеза, а также о первом подтвержденном случае сверхпроводимости при комнатной температуре.