Скрытая квантовая сила чудо-материала изменит будущее электроники

Ученые сделали важный шаг в изучении одного из самых удивительных материалов нашего времени — графена. Физикам впервые удалось напрямую наблюдать так называемый эффект Флоке — особое квантовое явление, возникающее, когда на материал воздействуют сверхкороткие световые импульсы.

Светлана ЛевченкоАвтор новостей

Графен — это тончайший одноатомный слой углерода, в котором атомы выстроены в виде правильной гексагональной решетки. Несмотря на то, что его толщина составляет всего один атом, этот материал прочнее стали, проводит электричество лучше меди и обладает исключительной химической устойчивостью.

Благодаря таким свойствам графен по праву называют «материалом будущего»: его используют в электронных дисплеях, датчиках, аккумуляторах и солнечных элементах нового поколения. Теперь специалисты из университетов Геттингена, Брауншвейга, Бремена и Фрайбурга выяснили, что список его возможностей еще шире — оказывается, графен способен взаимодействовать со светом так, что его электронные свойства можно перенастраивать буквально по команде.

Чтобы наблюдать это явление, физики применили метод фемтосекундной моментной микроскопии. Он позволяет отслеживать поведение электронов с точностью до квадриллионной доли секунды. Образцы графена освещали сверхбыстрыми вспышками лазера и затем анализировали реакцию электронов в материале с помощью отсроченного импульса. Так физики увидели, что под действием света электроны в материале временно «перестраивают» свое распределение — как будто графен мгновенно приобретает новые свойства. Это и есть эффект Флоке, который ранее ученые лишь предсказывали теоретически, но не могли наблюдать напрямую в металлоподобных материалах.

Как отмечают авторы работы, это открытие доказывает, что так называемое «флоке-инжиниринг», то есть управление свойствами вещества с помощью света, реально работает в графене. Таким образом, физики приблизились к созданию квантовых материалов, характеристики которых можно гибко настраивать лазерными импульсами.

В перспективе такой подход может привести к появлению принципиально новой электроники и сенсоров, в которых состояние электронов будет управляться без контакта, одним лишь светом. Особенно интересны и топологические эффекты, которые при этом можно изучить — они обещают устойчивые и надежные элементы для квантовых компьютеров будущего. Так что графен снова оправдал свой статус «чудо‑материала»: теперь не только из-за своей уникальной прочности и проводимости, но и благодаря способности реагировать на свет, словно живая квантовая система.

Ранее ученые заставили темные экситоны светиться в 300 000 раз ярче, и это может кардинально изменить будущее оптических и квантовых технологий.

Поделиться