Квантовая электроника показала, что заряд в двухслойном графене распространяется как свет

Международная исследовательская группа под руководством Гёттингенского университета экспериментально продемонстрировала, что электроны в встречающемся в природе двухслойном графене движутся как частицы без какой-либо массы, точно так же, как распространяется свет. Более того, они показали, что ток можно «включать» и выключать, что имеет потенциал для разработки крошечных энергоэффективных транзисторов — таких как выключатель света в доме, но на наноуровне. Это свойство быстро движущихся электронов было теоретически предсказано еще в 2009 году, но учёным потребовалось значительно улучшить качество образцов. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.

Сбалансированный квантовый резистор Холла

Исследователи из Вюрцбургского университета разработали метод, который может улучшить характеристики стандартов квантового сопротивления. Он основан на квантовом аномальном эффекте Холла (QAHE). В тонких слоях и при достаточно больших магнитных полях сопротивление Холла (напряжение Холла делить на ток) начинает развиваться дискретными ступенями со значениями ровно h/ne², где h — постоянная Планка, e — элементарный заряд, а n — целое число. Это известно как квантовый эффект Холла, поскольку сопротивление зависит только от фундаментальных констант природы (h и e), что делает его идеальным стандартным резистором. Особенностью QAHE является то, что он позволяет квантовому эффекту Холла существовать при нулевом магнитном поле.

Метод плавающего блока для квантового моделирования Монте-Карло

Квантовые системы многих тел — это атомные ядра, которые состоят из множества крошечных частиц, движущихся сложным образом. Из-за этого чрезвычайно сложно предсказать, как поведут себя системы при взаимодействии частиц. Для расчета атомных ядер, соответствующих двум разным гамильтонианам, и того, как они перекрываются, был использован особый квантовый подход Монте-Карло, называемый «методом плавающего блока». Метод позволяет использовать квантовое моделирование Монте-Карло для создания быстрых и точных эмуляторов квантовых систем. Он работает путем вычисления данных для нескольких различных значений конкретных параметров, которые определяют квантовую систему. Вычислительная эффективность метода на несколько порядков выше, чем у других подходов, причем вычислительное преимущество становится еще больше с увеличением размера системы.

Сильно связанные спиновые волны и поверхностные акустические волны при комнатной температуре

При комнатной температуре удалось создать сильную связь между двумя формами волн в тонкой пленке — магнонами и фононами. Так как обычные звуковые волны на поверхностях плохо связываются с магнитами, то были использованы поперечные звуковые волны, которые лучше для этого подходят. В эксперименте был использован наноструктурный резонатор поверхностных акустических волн, который ограничивает ультразвуковые волны в определенном месте и усиливает поперечные звуковые волны, обеспечивая сильную связь между поверхностными звуковыми волнами и магнитами в резонаторе. Благодаря этому исследователям удалось добиться сильной магнитно-звуковой связи в пленке Co₂₀Fe₆₀B₂₀ при комнатной температуре.

Доказательства существования киральных гравитонных мод в дробных квантовых холловских жидкостях

Группа ученых из Колумбии, Нанкинского университета, Принстона и Мюнстерского университета в журнале Nature представила первые экспериментальные доказательства коллективных возбуждений со спином, называемых киральными гравитонными модами (CGM), в полупроводниковом материале. Учёные обнаружили частицу в типе конденсированного вещества, называемом жидкостью с дробным квантовым эффектом Холла (FQHE). Авторы статьи адаптировали (для циркулярно поляризованного света) метод низкотемпературного резонансного неупругого рассеяния, который измеряет, как частицы света, или фотоны, рассеиваются при попадании на материал. Когда поляризованные фотоны взаимодействуют с частицей, такой как CGM, которая также вращается, знак спина фотонов будет меняться в ответ более отчетливо, чем если бы они взаимодействовали с другими типами мод.

Спектральная асимметрия вызывает возвратный квантовый эффект Холла в топологическом изоляторе

Физики-экспериментаторы и теоретики из Вюрцбургского института топологических изоляторов наблюдали возвратный квантовый эффект Холла в устройстве из теллурида ртути и идентифицировали его как признак аномалии четности. В устройстве из теллурида ртути электроны на верхней и нижней поверхностях ведут себя как релятивистские частицы Дирака, которые (как предсказано) должны подвергаться так называемой аномалии четности. В твердотельных экспериментах аномалия четности приводит к эффекту, называемому спектральной асимметрией, который можно измерить как необычное изменение электрического сопротивления.

Квантовая интерференция повышает производительность одномолекулярных транзисторов

Разработан одномолекулярный транзистор, который использует квантовую интерференцию для управления потоком электронов. Транзистор, описанный в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, открывает новые возможности использования квантовых эффектов в электронных устройствах. Проводящий канал транзистора представляет собой один порфирин цинка, молекулу, способную проводить электричество. Порфирин зажат между двумя графеновыми электродами, и когда к электродам прикладывается напряжение, поток электронов через молекулу можно контролировать с помощью квантовой интерференции. Новый транзистор стабилен и имеет очень высокий коэффициент включения/выключения. Подпороговое колебание транзистора 140 mV/dec, что лучше, чем у других аналогов и сравнимо с устройствами из углеродных нанотрубок.

Открытие скрытой квантовой критической точки в двумерных сверхпроводниках

Аномальное металлическое состояние в магнитном поле при абсолютном нуле в двумерных сверхпроводниках возникает из-за существования квантовой критической точки. Другими словами, аномальное металлическое состояние представляет собой расширенное квантовое критическое основное состояние для перехода сверхпроводник-изолятор. Установлено, что квантовое движение линий магнитного потока происходит в аномальном металлическом состоянии с использованием термоэлектрического эффекта, в котором напряжение генерируется в зависимости от теплового потока (градиента температуры), а не тока. В исследовании были изготовлены и использованы тонкие пленки молибден-германий с аморфной структурой (двумерный сверхпроводник с однородной структурой и беспорядком). Его толщина составляет 10 нанометров.

Сверхбыстрая сканирующая туннельная спектроскопия атомного масштаба одиночной вакансии в монослойном кристалле

Физики из Регенсбургского университета организовали сдвиг квантованного электронного уровня энергии с помощью атомных колебаний со скоростью, превышающей триллионную долю секунды. Используя новый тип сверхбыстрого микроскопа с атомным разрешением в сверхбыстрых временных масштабах, удалось напрямую наблюдать как энергия отдельного электрона настраивается вибрациями окружающих атомов. Обнаружено, что можно изменить дискретный энергетический уровень дефекта, вызывая барабанную вибрацию атомно-тонкой мембраны: атомное движение окружающих атомов смещается и, таким образом, можно контролировать энергетический уровень вакансии. Эти результаты были опубликованы в журнале Nature Photonics.

Настраиваемый нелинейный эффект Холла при комнатной температуре в тонких пленках элементарного висмута

Обнаружено, что тонкие пленки элементарного висмута проявляют нелинейный эффект Холла, который может быть применен в технологиях контролируемого использования. В висмуте квантовый эффект наблюдается при комнатной температуре, а тонкослойные пленки можно наносить даже на пластиковые подложки и, следовательно, они могут быть пригодны для применения в современных высокочастотных технологиях (например, в терагерцовых высокочастотных сигналах на электронных чипах).