Zdalo sa, že o graféne vieme všetko. No vedci z MIT teraz prišli s objavom, ktorý znie ako zo sci-fi!
Vedci z MIT objavili prelomové správanie elektrónov v ultratenkom graféne, ktoré môže priniesť revolúciu v kvantových technológiách. Nové kryštalické štruktúry a frakčný kvantový anomálny Hallov efekt naznačujú, že sme o krok bližšie k vývoju kvantových počítačov.
Fyzici z Massachusetts Institute of Technology (MIT) nedávno oznámili prekvapivý objav v oblasti materiálovej fyziky. V článku publikovanom 22. januára 2025 v prestížnom vedeckom časopise Nature opisujú nečakané správanie elektrónov v ultratenkom materiáli s hrúbkou len miliardtiny metra. Na tento zaujímavý objav upozornil portál Phys.org.
Tím vedený odborným asistentom Longom Ju z katedry fyziky MIT skúmal materiál známy ako romboedrický päťvrstvový grafén. Tento materiál, ktorý Ju a jeho kolegovia objavili pred približne tromi rokmi, je v podstate špeciálnou formou tuhy, skladajúcou sa z piatich vrstiev grafénu naskladaných v špecifickom prekrývajúcom sa poradí.
Vedci zistili, že elektróny v zariadeniach vyrobených čiastočne z tohto materiálu môžu tvoriť kryštalické štruktúry alebo prechádzať do pevného stavu. Tento jav nastáva pri zmene napätia aplikovaného na zariadenia, keď sú udržiavané na extrémne nízkej teplote, podobnej teplote vo vesmíre (približne -273.12°C).
Grafén stále prekvapuje vedcov svojimi vlastnosťami
Okrem toho tím pozoroval vznik dvoch nových elektronických stavov, ktoré prispievajú k ich predchádzajúcemu výskumu. Tieto stavy súvisia so schopnosťou elektrónov rozdeliť sa na časti samých seba, jav známy ako „frakčný kvantový anomálny Hallov efekt“. Ju vysvetľuje význam týchto objavov:
„Našli sme zlatú baňu a každá naberačka odhaľuje niečo nové.“
Tieto objavy boli možné vďaka novým filtrom vyrobeným na mieru, ktoré umožnili lepšiu izoláciu zariadení a ich ochladenie na teplotu rádovo nižšiu, ako dosiahli v predchádzajúcich experimentoch.
Neprehliadni
Zaujímavé je, že vedci pozorovali tieto javy nielen v päťvrstvovom romboedrickom graféne, ale aj v jeho štvorvrstvovej verzii. To naznačuje existenciu celej rodiny materiálov s podobnými vlastnosťami, čo otvára nové možnosti pre budúci výskum. Zhengguang Lu, spoluautor štúdie, ktorý je teraz na fakulte Floridskej štátnej univerzity, dodáva:
„Táto práca ukazuje, aký bohatý je tento materiál na vystavenie exotických javov. Práve sme tomuto už aj tak veľmi zaujímavému materiálu pridali viac chuti.“
Vďaka tomuto objavu sme bližšie k výrobe kvantových počítačov!
Tieto objavy majú potenciálne ďalekosiahle dôsledky pre oblasť kvantovej fyziky a materiálového inžinierstva. Schopnosť manipulovať s elektrónmi na takejto jemnej úrovni by mohla viesť k vývoju nových typov elektronických zariadení a kvantových počítačov.
Výskum tiež zdôrazňuje dôležitosť interdisciplinárnej spolupráce v modernej vede. Tím využil poznatky z fyziky pevných látok, kvantovej mechaniky a materiálového inžinierstva na dosiahnutie týchto prelomových výsledkov. Hoci je ešte príliš skoro na predpovedanie konkrétnych aplikácií týchto objavov, je jasné, že otvárajú nové cesty pre základný výskum v oblasti kvantovej fyziky a materiálovej vedy. Budúce štúdie by mohli skúmať, ako tieto javy využiť na vytvorenie nových typov elektronických komponentov alebo na lepšie pochopenie základných princípov kvantovej mechaniky.
Tento výskum opäť dokazuje, že aj v zdanlivo dobre preskúmaných oblastiach vedy stále existuje priestor pre prekvapivé objavy, ktoré môžu zmeniť naše chápanie sveta okolo nás.
