Żeby zrozumieć, co dokładnie się wydarzyło, trzeba zacząć od wyjaśnienia, czym jest tzw. ułamkowy kwantowy efekt Halla. W jego ramach elektrony tworzą nowy stan kwantowy, w którym poruszają się tak, jakby były cząstkami ułamkowymi, a nie całymi elektronami. Ten rzadko spotykany fenomen okazuje się nie tylko fascynujący, ale i przydatny. W jakim względzie? Chociażby pod kątem rozwoju topologicznych komputerów kwantowych cechujących się rekordowo wysoką odpornością na błędy.
Czytaj też: Wielka rewolucja w obliczeniach kwantowych. 56-kubitowy układ osiągnął to, czego nie zrobią zwykłe komputery
Poza tym ułamkowy kwantowy efekt Halla może być przydatny w kontekście projektowania nowych materiałów kwantowych. Wykrywanie go stanowi temat na osobne rozważania, ponieważ do tej pory sprawiało to fizykom wiele problemów. Autorzy nowych badań w tej sprawie postanowili zastosować alternatywne podejście, a ich taktyka okazała się wyjątkowo owocna w skutkach.
O ile konwencjonalne sposoby detekcji opierały się na oporności elektrycznej, tak w tym przypadku naukowcy postawili na metodę czerpiącą z siły termoelektrycznej. Za jej sprawą dany materiał może wytwarzać niewielkie napięcie w sytuacji, gdy jedna jego strona jest schłodzona, podczas gdy druga – rozgrzana. Za sprawą wzrostu temperatury elektrony przemieszczają się i generują napięcie.
Wykorzystując nowatorską metodę detekcji naukowcy wykryli egzotyczny stan kwantowy w grafenie. Teraz będą chcieli ją zastosować do badania innych materiałów oraz identyfikacji kolejnych stanów
Poświęcone mu pomiary zapewniają wgląd w tzw. entropię układu, co postanowili wykorzystać członkowie zespołu badawczego stojący za publikacją zamieszczoną w Nature Physics. Fizycy założyli, że mogliby tym sposobem zyskać rozeznanie w odniesieniu do tajemniczych stanów kwantowych w materiałach takich jak grafen. Postanowili się o tym przekonać i niedawno podzielili się wyciągniętymi wnioskami.
Czytaj też: Ten procesor kwantowy jest kwadrylion razy szybszy od najpotężniejszych superkomputerów
Dwuwarstwowy grafen został ustawiony tak, aby przepływające przez niego elektrony utworzyły narzędzie pozwalające na badanie efektów pokroju ułamkowego kwantowego efektu Halla. Jak zapowiedzieli, tak zrobili. I byli w stanie prowadzić pomiary z wyższą niż do tej pory czułością. Teraz podkreślają, że wykrywanie prowadzone z użyciem ich metody zapewnia wyższą czułość aniżeli w przypadku technik opartych na pomiarach rezystywności. Takie narzędzie zostanie oddelegowane do innych materiałów oraz egzotycznych stanów kwantowych.