Ученые впервые увидели хиральное пограничное состояние - в нем электроны движутся без сопротивления

Хиральное пограничное состояние – это проводящий канал, позволяющий электронам двигаться в одном и только одном направлении, предотвращая расход энергии на электрическое сопротивление. Ученые хотят лучше понять свойства этих состояний в реальных материалах, но визуализация их пространственных характеристик – чрезвычайно сложное дело.

Впервые это удалось команде из Лаборатории им. Беркли (США), которая осуществила непосредственную визуализацию хирального пограничного состояния. Кроме того, они продемонстрировали возможность создания этих каналов в двухмерных изоляторах.

Исследование было проведено в рамках проекта по созданию передового квантового компьютера и других квантовых систем, https://phys.org/news/2024-04-technique-scientists-resistanc... Phys.org.

«Предыдущие эксперимента показали, что хиральные пограничные состояния существуют, но никто прежде не визуализировал их в таком разрешении, - сказал первый автор статьи Чжан Каньсюнь. – Наша работа демонстрирует впервые, как выглядят эти одномерные состояния в масштабе атомов, как их можно менять – и даже создавать».

Хиральные пограничные состояния могут возникать в определенных типах двухмерных материалов – квантовых аномалиях Холла, которые служат изоляторами в объеме, но проводят электроны без сопротивления по одномерным «кромкам» - физическим границам материалов. Для создания такого состояния ученые использовали два слоя графена толщиной в один атом, смещенных друг относительно друга под строго определенным градусом. В ходе экспериментов со сканирующим туннельным микроскопом было установлено, что можно «записывать», стираль и переписывать хиральное пограничное состояние в образце при помощи электрического напряжения.

Это открытие в будущем позволит исследователям построить из сетей электронных каналов энергоэффективную микроэлектронику и маломощные магнитные запоминающие устройства. А квантовым компьютерам откроет возможность использования экзотического поведения электронов в изоляторах на квантовых аномалиях Холла.

Английские физики впервые создали новую экспериментальную платформу для моделирования черной дыры — огромный квантовый вихрь в сверхтекучем гелии, охлажденном до самых низких температур. Наблюдения за волновой динамикой на поверхности жидкости показали, что квантовые торнадо повторяют квантовые условия вблизи вращающихся черных дыр.