-273°C и 100 000 Тесла: Физици покориха нови „етажи“ на материята

Изследователи от Университета на Джорджия в САЩ са направили важно откритие в областта на квантовата физика. Научната група е открила нови състояния на материята, като е изследвала поведението на електроните в двумерни квантови системи при екстремни условия.

Двуизмерните квантови системи са специални структури, в които движението на частиците е ограничено в равнината. Такива системи проявяват уникални квантови ефекти, които не се наблюдават в триизмерния свят. Учените създават такива системи, като използват тънки слоеве от специални материали или прилагат силни магнитни полета към електронния газ.

Експериментът е проведен при температури, близки до абсолютната нула (-273 °C), в магнитно поле, 100 000 пъти по-голямо от земното магнитно поле. Подобни екстремни условия позволиха на учените да наблюдават необичайното поведение на квантовите частици.

Централен обект на изследването беше дробният квантов ефект на Хол (ДКЕХ), който се появява само под въздействието на силно магнитно поле. В ДКХЕХ електроните се държат като частици с дробен заряд: това противоречи на общоприетото схващане, че електрическият заряд е неделим.

„Нашите резултати разширяват границите на разбирането на квантовите системи, предлагайки нова перспектива за тяхната сложна природа“.

подчерта професор Рамеш Мани, ръководител на изследването

Според ученият в света на ДКЕХ частиците могат да проявяват свойства, които не се вписват в рамките на класическата физика. Към изследваната система е приложен допълнителен ток. Тази стъпка доведе до неочаквано разделяне и пресичане на състоянията на ДКЕХ – явление, което не е регистрирано досега.

У. Кушан Виджевардена от Университета на Джорджия и Държавния университет на Джорджия заяви:

„Отдавна търсехме обяснение на нашите наблюдения. Резултатите бяха толкова необичайни, че беше необходимо време, за да ги интерпретираме“.

Изследователите използваха високо подвижни полупроводникови компоненти от галиев арсенид и алуминиев галиев арсенид, за да създадат двуизмерна среда със свободно движещи се електрони.

Професор Мани образно сравнява традиционното изследване на дробните квантови ефекти на Хол с изследване на първия етаж на сграда.

„Нашата работа е опит да стигнем до горните етажи, до тези вълнуващи, неизследвани нива. Целта ни е да разберем как са организирани и какви нови явления могат да бъдат открити там.“

обясни ученият

Резултатите от подобни експерименти са в основата на много от съвременните технологии, включително мобилни телефони, компютри и слънчеви панели. Новите открития могат да доведат до още по-добри устройства и материали в бъдеще.