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.
Благодаря кропотливой работе над исследуемым материалом, открытие стало возможным. Ученым удалось добиться точного выравнивания атомной решетки графена относительно изолирующего слоя нитрида бора, что привело к существенному изменению свойств графена.
«При отсутствии магнитного поля электроны движутся по прямым линиям, однако при наличии магнитного поля их траектории искривляются, — сообщают Жюльен Барьер и Пиранаван Кумаравадивел, проводившие соответствующие исследования. — В слое графена, ориентированном по нитриду бора, траектории также начинают отклоняться, но при создании магнитного поля с заданными характеристиками частицы вновь движутся по прямым, словно магнитное поле исчезло!»
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.
Ранее мы также писали об случайном открытии, сделанном физиками, которое позволяет стабилизировать реакции термоядерного синтеза, а также о первом подтвержденном случае сверхпроводимости при комнатной температуре.