Международная команда ученых обнаружила, что электроны в двумерных материалах могут следовать теории жидкости Латтинжера. Ранее это считалось невозможным. Результаты исследования могут оказаться важны для дальнейшего развития квантовых технологий. Работа опубликована в журнале Nature.
С ХХ века ученые опираются на две ключевые теории, когда говорят о положении электронов в жидкостях. Это теория жидкости Латтинжера и теория жидкости Ферми. Они являются базовой отправной точкой для понимания взаимодействия электронов в одно- (Латтинжер) или двух- и трехмерных (Ферми) измерениях соответственно. «В теории Латтинжера электроны в одномерной решетке настолько сильно коррелируют друг с другом, что в некотором смысле они начинают действовать не как свободные электроны. При этом в теории Ферми говорится, что электроны в металле, хотя и сильно взаимодействуют, должны вести себя как свободные электроны, за исключением того, что они могут иметь разные значения в некоторых характерных количествах, таких как масса и магнитный момент», — рассказал Саньфэн Ву из Принстонского университета, старший автор статьи.
Ученые из Принстонского университета и их коллеги из Англии и Японии решили провести эксперимент, который бросил вызов выстроенной картине того, как ведут себя электроны в квантовых материалах. Исследователи использовали сложенные слои дителлурида вольфрама — слоистого полуметалла, который обладает промежуточными свойствами между металлами и изоляторами. Из этого соединения ученые получили двумерный материал. Физики охлаждали его до сверхнизких температур и наблюдали за поведением электронов. Ученые обнаружили, что из-за пониженной температуры электроны, оставаясь в двумерной системе, вели себя согласно теории Латтинжера.
«Мы уложили монослои вольфрамового дителлурида друг на друга и использовали угловой поворот на 5 или 6 градусов. Это создало большую прямоугольную решетку, называемую рисунком муаре, которая напоминает обычный французский текстильный дизайн», — рассказал Пэнцзе Ван, один из авторов исследования.
Таким образом, по описанной теории жидкости Ферми про двумерные системы электроны должны были действовать свободно. Но они собрались в линейную решетку, которая характерна для одномерного положения в материи. В результате ученые создали и описали новую электронную фазу вещества в двух измерениях, которая модернизирует теорию жидкости Латтинжера.
Полученные результаты могут быть использованы для описания новых квантовых фаз материи, поскольку электроны позволяют материалу как бы «переключаться» между направлениями и оставаться однородными, при этом не меняя свою структуру. В будущем ученые, вероятно, найдут немало применений этому явлению. Впрочем, авторы исследования отмечают, что пока они находятся только на стадии предварительного исследования.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
