Исследователи обнаружили в кристалле графита квантовый эффект Холла, который характерен только для двумерных систем. Они также установили, что материал ведет себя по-разному в зависимости от четности слоев графена, даже когда их число измеряется сотнями.
Последние 15 лет многие исследования были сосредоточены на изучении свойств графена, а его трехмерный предшественник отошел на второй план. Однако команда ученых из Университета Манчестера, изучавшая устройства, сделанные из сколотых кристаллов графита, не содержащих дефектов, открыла сразу несколько неожиданных фундаментальных свойств материала.
Физики создали качественный кристалл графита из отдельных листов графена и заключили его в гексагональный нитрид бора, придав им форму бруска. Далее вдоль него был пропущен небольшой заряд и приложено сильное магнитное поле, перпендикулярное плоскости стержня. Измерив генерируемое продольное и поперечное напряжение, ученые удивились обнаружив квантовый эффект Холла, потому что исследуемые образцы были достаточно толстыми и должны были вести себя как обычный объемный полуметалл, в котором не должно возникать холловское сопротивление.
По словам команды, КЭХ связан с тем, что магнитное поле вынуждает электроны двигаться в ограниченном измерении, а проводимость возможна только в параллельном ему направлении. В достаточно тонких образцах это одномерное перемещение может стать квантованным благодаря образованию стационарных волн электронов. В результате, материал превращается в двухмерную систему с дискретными энергетическими уровнями.
Еще одним сюрпризом стало то, что квантовый эффект Холла очень был чувствительным к четности слоев графена. Это связано с тем, что в графите также возникают электроны двух разновидностей (ароматов). Каждый из них образует собственные волны, которые распределяются между слоями поочередно . В образцах с четным количеством слоев их поровну, поэтому энергии различных видов совпадают. Однако в нечетных возникает смещение уровней энергии волн разных ароматов относительно друг друга, и образуются энергетические щели КЭХ.
Исследователи также говорят, что наблюдали дробный квантовый эффект Холла в тонком графите при температуре 0,5 К, что является результатом сильных взаимодействий между электронами, которые связаны со сверхпроводимостью, магнетизмом и сверхтекучестью.
Команда намерена провести и другие эксперименты, чтобы лучше исследовать теоретическую основу, а также начнет изучать свойства ромбоэдрического графита.
Ранее мы также сообщали о том, что физики открыли экзотические спиральные электроны.