Графен снова удивил: найдены квазичастицы с невозможными свойствами

Представьте себе частицу, которая движется по прямой линии, даже если на неё воздействует мощнейшее магнитное поле. Это больше не фантастика: международная команда физиков под руководством нобелевского лауреата Андрея Гейма открыла новое семейство квазичастиц — "фермионы Брауна — Зака". Они ведут себя так, как будто магнитное поле на них не действует вовсе!

Прорыв в мире двумерных материалов

Эксперименты проводились с материалом, в котором слой графена идеально выровнен по кристаллической решётке нитрида бора. Это выравнивание кардинально меняет свойства графена, открывая новые горизонты для физики твердого тела.

"В обычных условиях электроны под воздействием магнитного поля двигаются по изогнутым траекториям, — рассказывают исследователи Жюльен Барьер и Пиранаван Кумаравадивел. — Но в нашем случае мы увидели, что при определённых параметрах поле словно перестаёт существовать — траектории снова становятся прямыми".

Что не под силу Дираку, справятся Браун и Зак

До сих пор поведение электронов в графене описывали через так называемые фермионы Дирака — квазичастицы, обладающие нулевой массой. Но это объяснение не укладывалось в рамки некоторых наблюдаемых эффектов. Теперь на сцену выходят "фермионы Брауна — Зака" — уникальные коллективные колебания электронов, которые проявляются только в сверхрешетках при сильном магнитном воздействии.

Поведение, противоречащее законам

Эти квазичастицы не только демонстрируют высокую подвижность, но и сохраняют направление движения даже в поле с индукцией 16 тесла — это в полмиллиона раз больше, чем магнитное поле Земли! Для физиков это сигнал о том, что перед ними — новое физическое явление, не вписывающееся в стандартные модели.

Зачем это нужно в реальной жизни

Такие квазичастицы могут стать основой для создания электроники, способной работать в экстремальных условиях — например, в медицинском оборудовании, системах обороны или в космических аппаратах. И это только начало.

Ученые уверены: подобные фермионы можно будет найти и в других двумерных материалах. Это открытие может запустить волну новых исследований и технологических разработок.

Уточнения

Графе́н (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом.