Вчені вважають, що їхнє відкриття допоможе в розробці більш ефективних електронних пристроїв, а також у дослідженні надпровідності.

Графен, також відомий як диво-матеріал, продовжує дивувати фізиків. Цього разу вони виявили в цьому матеріалі дивний новий квантовий стан матерії. Зокрема, фізики виявили особливі топологічні електронні кристали в шарах скрученого графена. Нове відкриття підтверджує припущення про те, як електрони мають поводитися, коли вони замкнені в кристалічні структури, і може допомогти в створенні нових електронних пристроїв, а також у дослідженні надпровідності за кімнатної температури. Дослідження опубліковано в журналі Nature, пише Interesting Engineering.

За словами вчених, для свого дослідження використовували два шари графена, що складається з атомів вуглецю, розташованих у вигляді сот. Те, як електрони переміщуються між атомами вуглецю, визначає електричні властивості графену, який зрештою стає зовні схожим на більш поширені провідники, такі як мідь. Зазвичай електрони в графені рухаються вільно, тому він стає схожим на відомі провідники.

Коли фізики злегка скрутили один із шарів графена, то виник так званий муаровий візерунок, де деякі атоми вуглецю з обох шарів були ідеально вирівняні, але інші були зміщені. Коли електрони проходили через цю скручену структуру, їхня поведінка повністю змінювалася. Електрони сильно сповільнювалися й іноді створювали своєрідні вихори.

Така поведінка призвела до дивного електронного ефекту. Усередині графина електрони застигли на місці, змусивши його діяти як ізолятор. Але вздовж країв матеріалу електрони рухалися без зусиль, дозволяючи електриці текти без опору.

Зазвичай, коли електрони застигають на місці, то така структура називається кристалом Вігнера. Але в цьому випадку обертальний рух електронів призвів до створення парадоксальної поведінки топологічного електронного кристала, яка не спостерігається в кристалах Вігнера.

Цей незвичайний квантовий стан матерії дає змогу електричному струму плавно текти вздовж країв матеріалу, тоді як внутрішня його частина залишається непровідною, тому що електрони застрягли на місці.

Топологічні об’єкти — це форми і простори, які не змінюються, навіть якщо їх розтягувати, скручувати або деформувати без розрізання або склеювання. Прикладом топологічного об’єкта є стрічка Мебіуса. Як би ви не намагалися маніпулювати стрічкою, ви не зможете розкрутити її назад у звичайну петлю, не розірвавши її на частини, кажуть фізики.

Матеріали, що мають топологічний ландшафт, мають надприродну здатність залишатися не схильними до впливу зовнішніх факторів.

Топологічні електронні кристали є дуже особливими. У цих унікальних кристалах електрони рухаються дуже стабільно, незалежно від наявності в матеріалі невеликих дефектів. Їх робить особливими те, що їхня стабільність зумовлена внутрішньою структурою матеріалу, а не зовнішніми впливами, такими як температура або тиск.

Источник: focus.ua