Dwa rodzaje elektronów zaczęły współpracować w nadprzewodniku. To droga do nowych stanów kwantowych

Przewodnictwo elektroniczne występuje, gdy elektrony są mobilne (czy też lekkie). W przeciwnym razie, tj. gdy mówimy o związanych, a więc ciężkich elektronach, blokują one przepływ prądu. Oba te efekty końcowe mogą być przydatne, choć oczywiście w kontekście różnych zastosowań. Autorzy nowych badań, zwieńczonych publikacją zamieszczoną w Nature Physics, postanowili połączyć dwa wspomniane rodzaje i przekonać się, jak mogą wyglądać ich wzajemne oddziaływania.

Czytaj też: Druga zasada termodynamiki ma kwantowy odpowiednik. Fizycy nie powiedzieli ostatniego słowa

Eksperci z Uniwersytetu Harvarda wykorzystali materiał oraz mobilne i związane elektrony, a owoce ich wysiłków mogą w długofalowej perspektywie okazać się kluczem do tworzenia nowych stanów kwantowych. Wielkim wyzwaniem było rzecz jasna sprawienie, by oba rodzaje zaczęły ze sobą współpracować. Dodatkowa trudność wynikała z dotychczas słabo poznanego wpływu lżejszych elektronów na zachowanie układu.

Gra była zarazem warta świeczki ze względu na domniemaną rolę interakcji obu rodzajów elektronów w generowaniu skomplikowanych zjawisk kwantowych. Aby dokonać postępów w tym zakresie, członkowie zespołu badawczego wykorzystali skręcony grafen (MATTG). Jego cechą charakterystyczną jest obecność trzech obróconych względem siebie warstw. W takich okolicznościach lżejsze i cięższe elektrony współpracują ze sobą, umożliwiając występowanie zjawisk pokroju nadprzewodnictwa. 

Interakcje elektronów zachodzące w materiale znanym jako MATTG zapewniają mu wyjątkowe właściwości, dlatego fizycy chcą je jak najlepiej zrozumieć

Stosując urządzenie w postaci skaningowego tranzystora jednoelektronowego, autorzy przeanalizowali to, co dzieje się wewnątrz MATTG, gdy ten wszedł w stan izolacji. Jak wyjaśniają sami zainteresowani, ciężkie elektrony tworzą między sobą izolator, tworząc iluzję ogólnego stanu izolacyjnego. Tak naprawdę lekkie elektrony pozostają jednak wolne, co sprawia, iż mogą brać udział w interakcjach między ciężkimi elektronami. 

Czytaj też: Co tu się wydarzyło?! Ten materiał lepiej emituje podczerwień, niż ją pochłania

Wiedząc o tak niespodziewanych zależnościach i rozumiejąc drzemiący w nich potencjał, naukowcy ze Stanów Zjednoczonych będą teraz chcieli dalej eksplorować możliwości  modyfikowania stosunku ciężkich i lekkich elektronów w dwuwymiarowych materiałach. Jak sugerują, mogłoby to doprowadzić do pojawienia się nowych zastosowań. Zjawiska pokroju nadprzewodnictwa, dzięki któremu można transportować energię bez jakichkolwiek strat, powinny być tego warte.