Исследователи создали
квантовую шкалу
для атомарных измерений.
В 2004 году Константин Новосёлов и Андрей Гейм, совершили открытие, придавшее науке значительное ускорение ‒ в результате одного из своих «вечерних пятничных экспериментов», когда они по обыкновению играли с новыми идеями, им удалось изолировать монослой углерода ‒ тот самый, нашумевший впоследствии графен. Его, практически прозрачный, имеющий атомную толщину, можно увидеть только при очень специфических условиях, и тот факт, что исследователи использовали именно обычную липкую ленту (скотч) в качестве подложки для снятия чешуек графита, стал большой удачей не столько для них (хоть они и получили за это Нобелевскую премию в 2010), сколько для всего научного сообщества. Этот простейший метод позволил рассмотреть графен посредством обычного микроскопа. Так в работе исследователей по всему миру возникло новое направление, не сбавляющее обороты и по сей день.
Созданы монослои других материалов и делаются прогнозы о свойствах ещё не реализованных таких претендентов. А сам атомарный лист углерода всё изучается и изучается. Его свойства многократно увеличивают наши возможности, но всё может стать ещё интереснее, если сложить несколько листов в стопку.
Так, когда два или более лежащих друг над другом листа графена слегка смещены или повёрнуты относительно друг друга под определёнными углами (небольшими ‒ порядка 1,74º), они приобретают множество экзотических особенностей. Например, в зависимости от угла «закручивания» эти материалы, известные как муаровая квантовая материя, могут внезапно начать генерировать собственные магнитные поля, становиться сверхпроводниками с нулевым электрическим сопротивлением или, наоборот, превращаться в идеальные изоляторы.
На будущие свойства создаваемых таким образом материалов влияет как внешнее магнитное поле, так и внутренний магнетизм участвующих слоёв графена, зависящий, в свою очередь, от геометрии наложения этих слоёв друг на друга. И трудность состоит в том, чтобы уверенно спрогнозировать будущие свойства, зависящие от того, как в данной конкретной ситуации поведут себя электроны. А отследить их поведение можно только на очень чувствительном оборудовании, доступном сегодня лишь в некоторых лабораториях. Но скоро это может измениться.
Международная команда учёных во главе с Джозефом А. Строшио из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) разработала инструмент для измерения и исследования странных свойств этих искривлённых материалов. Эта своего рода «квантовая линейка» может привести к упрощению калибровки микро- и наноэлектроники, которая ранее отправлялась в лабораторию по стандартизации за пределами предприятия-изготовителя. Теперь же стало возможным создание нового миниатюрного стандарта электрического сопротивления, который позволит проводить эту процедуру непосредственно в заводских цехах, что имеет решающее значение для проектирования и производства полупроводниковых устройств.
Поскольку оказывается, что свойства муаровой квантовой материи можно выбрать, задавая определённый угол закручивания и количество атомарно тонких слоёв, новые измерения обещают более глубокое понимание того, как можно адаптировать и оптимизировать магнитные и электронные свойства квантовых материалов для микроэлектроники и смежных областей.
Более того, при правильных условиях и применении квантовая материя муара может стать новым, более простым в использовании стандартом электрического сопротивления.
«Если же исследователи смогут манипулировать квантовым муаром так, чтобы он имел чистую намагниченность даже в отсутствие внешнего приложенного магнитного поля, ‒ говорит Строшио, ‒ то его потенциально можно было бы использовать для создания новой портативной версии наиболее точного эталона сопротивления, известного как аномальный квантовый стандарт сопротивления Холла. Калибровку электронных устройств можно будет выполнять на производственной площадке, что потенциально сэкономит миллионы долларов».
По материалам АРМК.