Внутри графена нашли топологические квантовые состояния
Топологические изоляторы — это уникальные наноразмерные объекты. Внутренняя часть этих структур ведет себя как изолятор, препятствуя движению электронов. Но края структуры являются проводниками. Более того, из-за особых свойств топологии электроны, протекающие по краям, обходят мельчайшие дефекты на поверхности материала, которые обычно препятствуют движению частиц.
Теперь физики обнаружили, что такие структуры могут возникать и в двухслойном графене — двух тонких листах графена, сложенных вместе. Чтобы показать это, ученым необходимо было не просто получить два листа графена и сложить их вместе, но и повернуть их на «магический» угол в 1,1°C. Чтобы наблюдать появление квантовых эффектов, исследователи охладили систему до температуры всего на 0,2°C выше абсолютного нуля и поместили ее в слабое магнитное поле.
Ученые использовали для наблюдений сканирующий туннельный микроскоп. Этот прибор позволяет видеть самые мельчайшие детали структуры благодаря квантовому тунеллированию. Проходя очень близко от поверхности исследуемого объекта, игла прибора замеряет протекающий между ее кончиком и поверхностью объекта ток, что позволяет получать информацию о структуре его поверхности.
В результате физики обнаружили, что в двухслойном графене, скрученном под «магическим» углом, движение электронов меняется. Они начинают выравнивать свою энергию. Из-за этого все электроны в материале оказываются сильно связаны друг с другом. В конечном итоге это приводит к появлению топологических квантовых состояний, в частности, к появлению топологических изоляторов.
Интерес к графену в научной среде не утихает с момента его открытия. Теперь физики обнаружили, что при скручивании двух слоев этого материала на «магический» угол, в них появляются топологические квантовые состояния