Хаос. Нелинейная динамика

Учёные университета Рутгерс обнаружили ранее неизвестные свойства двумерного углерода, так называемого графена, которые однажды могут стать основой быстрых и мощных электронных устройств.

Новые данные, которые раньше были возможны только теоретически, говорят о том, что электроны в графене интенсивно взаимодействуют друг с другом. Такое же поведение электронов наблюдается в сверхпроводящих материалах. Наблюдаемое явление обуславливается особым аморфным состоянием вещества, где есть т.н. дробнозаряженные квазичастицы и где электрический ток течет без тепловых потерь.
В статье, опубликованной недавно в журнале Nature, профессор Ева Эндрий и ее коллеги отметили, что, несмотря на многие попытки ученых, сильное взаимодействие между электронами в графене обнаружить не удавалось. Это заставило некоторых ученых сомневаться, а возможно ли вообще взаимосвязанное поведение электронов в графене, где электроны являются частицами без массы, подобно фотонам и нейтрино. В большинстве материалов электроны массой обладают.
«Мы сумели показать, что предыдущие попытки обнаружить взаимодействие электронов в графене потерпели неудачу не из-за самого графена, — говорит Эва Эндрий. — Скорее сказывалось влияние материала, на который наносили графен, а также тип зондов, с помощью которых его исследовали».

Сделанное открытие должно подтолкнуть ученых к дальнейшему исследованию графена в качестве материала для электронной техники, в том числе — как заменителя кремниевых полупроводниковых материалов.

В основе обнаруженных ими свойств лежит явление, известное как «дробный квантовый эффект Холла». Эффект наблюдается, когда носители заряда ограничены движением в плоскости, а перпендикулярно ей проходят линии магнитного поля. Когда взаимодействие между частицами достаточно велико, они образуют новые квазичастицы с дробным зарядом. Подобное имеет место в плоских полупроводниковых электронных системах, где электроны являются массивными частицами, подчиняющимися законам классической динамики. До последнего момента не было известно, что такое поведение могут проявлять и релятивистские электроны в графене. Удивительно то, что дробный квантовый эффект Холла в графене гораздо более устойчив, нежели в обычных полупроводниках.

Ученые показали, что эффект Холла не наблюдается, если в тонком слое диоксида кремния, на который обычно наносят графен для изучения, имеются примеси и несовершенства строения. Вытравив несколько поверхностных слоев, специалисты смогли добиться положительного результата и наблюдать взаимодействие электронов в графене.

В последние месяцы различные группы ученых и предпринимателей объявили об отладке технологий массового производства графена, что в итоге может стать мотором для внедрения его практических приложений. Об этом сообщает агентство "Информнаука".