Фізики спостерігали за поведінкою електронів в екстремальних умовах: за температури, близької до абсолютного нуля, та в магнітному полі, що майже в 100 000 разів потужніше за земне.
Фізики з Університету штату Джорджія вивчали дробовий квантовий ефект Холла. Він проявляється у двовимірному електронному газі за екстремально низької температури в сильних магнітних полях. Аналіз показав, що при застосуванні додаткового струму стани дробового ефекту несподівано розщеплюються і переплітаються, демонструючи нові нерівноважні значення заряду для квантових систем і виявляючи невідомі стани матерії.
Вчені використовували напівпровідникові компоненти з високою рухливістю електронів, виготовлені з арсеніду галію та арсеніду алюмінію-галію. Напівпровідники охолодили до температури на частки градусів нижчої за абсолютний нуль (-273 °C) для створення двовимірного середовища, що сприяє безперешкодному руху електронів, і помістили в магнітне поле з індукцією, що майже в 100 тис. разів більша за земну.
Вводячи в систему додатковий струм, фізики спостерігали дивовижне розщеплення і наступні перетини раніше відомих станів дробового квантового ефекту Холла.
"Ми вперше повідомляємо про експериментальні спостереження збуджених станів дробового дробового квантового ефекту Холла, індукованих зміщенням постійного струму", - заявляє Кушана Віджевардена, співавтор дослідження. Вчені додають, що результати спостережень передбачають наявність абсолютно нових станів матерії.
Електрон описують у вигляді частинки з фіксованим негативним зарядом. Але в особливих екстремальних умовах вони розташовуються так щільно, що починають поводитися немов дроби цілої частинки з поділом заряду на компоненти. Таку поведінку називають дробовим квантовим ефектом Холла.
Дослідження дроблення заряду вже кілька десятиліть перебувають у центрі уваги фізики конденсованого стану. Їхні результати лежать в основі технологій, що застосовуються в смартфонах, комп'ютерах, сонячних батареях і квантових пристроях.
Результати нового дослідження розширюють уявлення вчених про ці складні системи і також знайдуть застосування в мікроелектроніці, енергоощадних приладах і квантових обчисленнях, додають учені.
Детально результати дослідження описані в статті в журналі Nature Communications Physics.
