Учёные сделали изолятор из двух проводников — скрученные слои графена не перестают удивлять
Так обстоит дело, например, со скрученным двухслойным графеном, свойства которого открыли несколько лет назад. Если два соседних слоя слегка повернуты относительно друг друга, на электроны можно повлиять таким образом, что они будут сильно взаимодействовать друг с другом. Как следствие, материал может, например, стать сверхпроводящим и, следовательно, проводить ток без каких-либо потерь. О таком явлении мы недавно рассказывали.
Если слои повернуты на один градус относительно друг друга, на сверхпроводимость влияет квантовомеханическое туннелирование между слоями. А если повернуть слои более чем на два градуса относительно друг друга, электроны больше не смогут туннелировать между слоями.
В результате приложения электрического поля в одном из слоёв могут появиться электроны, а в другом — дырки. И электроны, и дырки могут проводить электрический ток и можно было бы ожидать, что вместе они образуют еще более хороший проводник. Но при определенных полях происходит прямо противоположное — ток не протекает, если дырок и электронов одинаковое количество. Звучит абсурдно, поэтому введем понятие «волны зарядовой плотности».
Волны зарядовой плотности — это периодическое перераспределение зарядов в пространстве, обусловленное малыми смещениями ионов в кристаллической решётке. В проведенном эксперименте электроны и дырки «соединяются» друг с другом за счет электростатического притяжения и, таким образом, образуют волну зарядовой плотности. Эта волна, однако, состоит из электрически нейтральных электронно-дырочных пар (также называемых экситонами), так что такие слои не могут проводить электрический ток. Ценность исследования, опубликованного в Science, в том, что такое нейтральное состояние возможно полностью контролировать через угол закручивания и приложенное напряжение.
Подобные состояния наблюдались и в других материалах, но в них экситоны создавались за счёт воздействия лазерного света. В этом эксперименте электроны и дырки находятся в состоянии с наименьшей энергией (основном состоянии),а значит, они стабильны. Это можно использовать, чтобы сделать квантовую память менее восприимчивой к электрическим шумам.
Квантовая память — память, которая «задерживает» состояние кубита перед очередным квантовым логическим элементом (ещё их называют «вентилями»). Сохранить состояние кубита в прямом смысле этого слова мы не можем, так как любая попытка определить состояние волновой функции мгновенно «схлопнет» результат в 0 или 1. Такое явление ещё называют редукцией волновой функции. В таком изоляторе возможно увеличить или уменьшить линию задержки.
Закон Ома отлично нам известен — сопротивление проводника и приложенное к нему напряжение определяют силу проходящего через проводник тока. Электроны, переносчики заряда, движутся беспорядочно и почти не влияют друг на друга. Однако они могут влиять друг на друга настолько сильно, что закон Ома станет попросту неверен.