Физики Массачусетского технологического института впервые обнаружили редкое физическое явление, называемое дробным квантовым эффектом Холла, в графене. Об открытии сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature.
При дробном квантовом эффекте Холла (FQHE) электронный газ конденсируется в экзотическое состояние, образуя квазичастицы — коллективные возбуждения, несущие дробный элементарный заряд, то есть их заряд меньше, чем заряд электрона. FQHE, который потенциально может быть использован для создания отказоустойчивых квантовых компьютеров, наблюдался лишь несколько раз, при этом требуется высокое качество материала с низкой концентрацией носителей заряда, чрезвычайно низкие температуры и сильные магнитные поля.
В новом исследовании ученые наблюдали дробление элементарного заряда в пятислойном графене. Такая углеродная структура обеспечивает необходимые условия для FQHE без необходимости присутствия какого-либо внешнего магнитного поля. Новое явление было названо дробным квантовым аномальным эффектом Холла.
Этот эффект может быть еще сильнее, если пятислойную структуру выровнять с гексагональным нитридом бора (hBN) --материалом, который имеет атомную структуру, аналогичную структуре графена, но с немного другими размерами. В сочетании эти два материала должны создать муаровую сверхрешетку — сложную атомную структуру, похожую на каркас, которая создает периодический узор (муар) и может замедлять электроны, имитируя влияние магнитного поля.
Это открывает путь к топологическим квантовым вычислениям — более безопасной форме квантовых вычислений, в которой кубит остается неизменным под влиянием слабой деформации или возмущений, что дает дополнительную защиту при проведении вычислений. В этом случае роль кубитов играют дробные заряды.