Ekscytony to stany związane elektronów i dziur, które zwykle składają się z ładunków całkowitych. Czasami wygląda to jednak inaczej, na przykład w układach dwuwarstwowych mogą pojawić się ekscytony, w których parowanie zachodzi między składnikami przenoszącymi ułamkowe ładunki. Tak przynajmniej sugerowały teoretyczne przewidywania, a niedawno fizykom udało się dokonać historycznej obserwacji, która je potwierdziła.
Czytaj też: Gdzie jest granica między fizyką klasyczną i kwantową? Wyjątkowy przyrząd obserwuje oba światy
O swoich dokonaniach amerykańscy naukowcy piszą teraz w Nature. W swojej publikacji opisują, jak zarejestrowali cząstki, które przeczą tradycyjnemu pojmowaniu mechaniki kwantowej. Ich sukces jest szczególnie istotny ze względu na fakt, że powinien mieć realne przełożenie na dalszy rozwój komputerów kwantowych. Te z kolei wykazują potencjał, aby zrewolucjonizować szereg dziedzin, od projektowania leków i materiałów, aż po zgłębianie największych tajemnic wszechświata.
Członkowie zespołu badawczego zauważają, że wzięli pod lupę proces parowania ekscytonów w ułamkowych stanach kwantowego zjawiska Halla. Analizując skład ekscytonów i ich wpływ na warunkującą ich zachowanie funkcję falową, autorzy badań byli w stanie zidentyfikować dwa rodzaje kwantowych stanów skupienia materii. Wyciągnięte wnioski oznaczają potencjalne korzyści nie tylko dla wspomnianych komputerów, ale również innych urządzeń, takich jak czujniki.
Wykorzystując ułamkowe kwantowe zjawisko Halla fizycy zaprojektowali eksperyment, za sprawą którego byli w stanie uwiecznić cząstki o niespotykanych wcześniej właściwościach
Kwantowe zjawisko Halla zakłada, że kiedy prąd elektryczny przepływa przez materiał umieszczony w polu magnetycznym, to dochodzi do powstawania napięcia bocznego. Aby tak się stało potrzeba jednak ekstremalnie niskich temperatur i silnych pól magnetycznych. W przypadku ułamkowego kwantowego zjawiska Halla różnica jest taka, że skoki napięcia mają ułamkowy charakter.
Ostatni przełom w obserwacjach nastąpił po tym, jak fizycy ze Stanów Zjednoczonych wykorzystali dwie warstwy grafenu, które oddzielili materiałem izolacyjnym w postaci azotku boru. Później do akcji wkroczyły silne pola magnetyczne, co zaowocowało ułamkowym przepływem ekscytonów. Co ciekawe, wykazywały kombinację zachowań typowych dla bozonów i fermionów, ale jednocześnie nie można ich przypisać do tzw. enionów. Właśnie dlatego badacze założyli, że ułamkowe ekscytony mogą stanowić nowy rodzaj cząstek o niespotykanych wcześniej właściwościach kwantowych. Biorąc pod uwagę potencjał tych postępów, pozostaje nam czekać na kolejne doniesienia w tej sprawie.