Fyzikové ze Spojených států zjistili, že uvnitř pětivrstvých struktur z grafenu může docházet k neobvyklému kvantovému efektu, který způsobuje, že se elektrony uvnitř těchto mezivrstev chovají, jako by měly zlomkový náboj. To umožňuje využít takové struktury k sestavení kvantových počítačů, uvedlo tiskové oddělení MIT.
»Dílčí náboje elektronů jsou samy o sobě exotickým jevem a nyní je můžeme získat uvnitř jednoduše uspořádaného materiálu a bez působení silných magnetických polí. To je samo o sobě velmi důležité pro studium základní fyziky, stejně jako nám v budoucnu umožní vytvořit nové typy kvantových počítačů, chráněných před působením vnějšího rušení,« uvedl docent MIT Ju Lun.
Jak poznamenali vědci, jev, který objevili, je analogií frakčního kvantového Hallova jevu. Tak fyzikové nazývají neobvyklou povahu chování elektronů uvnitř plochých desek polovodičů, ochlazených na ultranízké teploty a vystavených velmi silnému magnetickému poli. Za takových podmínek se elektrony chovají, jako by měly zlomkový náboj, což je způsobeno kvantovými interakcemi mezi těmito částicemi.
Před deseti lety fyzikové zjistili, že stejným způsobem lze přimět elektrony, aby se chovaly i bez přítomnosti vnějších magnetických polí, což vyžaduje speciální způsob překrývání vrstev složitě uspořádaných dvourozměrných materiálů. Tento objev donutil americké vědce přemýšlet o tom, zda je možné tuto anomální variantu frakčního kvantového Hallova jevu reprodukovat v jednodušeji uspořádaném materiálu.
Jejich experimenty ukázaly, že toho lze dosáhnout tak, že vezmeme pět vrstev grafenu a překryjeme je na sebe v podobě jakéhosi »žebříku« nebo »hada«. V důsledku toho budou atomy uvnitř všech vrstev grafenu rozmístěny tak, že jejich těsná blízkost bude nutit elektrony rotující kolem nich, aby spolu aktivně interagovaly a získávaly frakční náboj.
Takové struktury, jak poznamenali vědci, lze využít k vytvoření hybridních kvantových počítačů, v nichž se k provádění výpočtů budou používat i supravodiče a materiály s frakčním kvantovým Hallovým jevem. V minulosti to nebylo možné kvůli tomu, že zachování zlomkových nábojů částic vyžadovalo silná magnetická pole, která narušovala práci supravodičů. Pětivrstvý grafen umožňuje tento problém obejít, což otevírá cestu k vytvoření kvantových počítačů, maximálně chráněných před vnějším rušením, shrnuli fyzikové.
(cik, TASS)