Физики из США выяснили, что внутри пятислойных конструкций из графена может возникать необычный квантовый эффект, заставляющий электроны внутри этих прослоек вести себя так, как будто они обладают дробным зарядом. Это позволяет использовать подобные структуры для создания квантовых компьютеров, сообщила пресс-служба Массачусетского технологического института (MIT).

«Дробные заряды электронов являются экзотическим феноменом сами по себе, и теперь мы можем получать его внутри просто устроенного материала и без воздействия сильных магнитных полей. Это само по себе очень важно для изучения фундаментальной физики, а также в перспективе позволит нам создать новые типы квантовых компьютеров, защищенные от действия внешних помех», – заявил доцент MIT Цзюй Лун, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как отмечают исследователи, открытый ими феномен представляет собой аналог дробного квантового эффекта Холла. Так физики называют необычный характер поведения электронов внутри плоских пластинок из полупроводников, охлажденных до сверхнизких температур и подвергающихся действию очень мощных магнитных полей. В подобных условиях электроны ведут себя так, как будто они обладают дробным зарядом, что обусловлено квантовыми взаимодействиями между этими частицами.

10 лет назад физики обнаружили, что подобным же образом можно заставить вести себя электроны и без присутствия внешних магнитных полей, для чего необходимо особым образом наложить друг на друга пленки из сложно устроенных двумерных материалов. Это открытие заставило американских ученых задуматься о том, можно ли воспроизвести эту аномальную вариацию дробного квантового эффекта Холла в более просто устроенном материале.

Проведенные ими опыты указали, что этого можно добиться, если взять пять слоев графена и наложить их друг на друга в форме своеобразной «лесенки» или «змейки». В результате этого атомы внутри всех прослоек графена будут расположены таким образом, что их тесное соседство будет заставлять вращающиеся вокруг них электроны активно взаимодействовать друг с другом и приобретать дробный заряд.

Подобные структуры, как отмечают ученые, можно использовать для создания гибридных квантовых компьютеров, в которых для проведения вычислений будут использоваться и сверхпроводники, и материалы с дробным квантовым эффектом Холла. В прошлом это было невозможно из-за того, что для сохранения дробных зарядов частиц требовались мощные магнитные поля, мешающие работе сверхпроводников. Пятислойный графен позволяет обойти эту проблему, что открывает дорогу для создания квантовых компьютеров, максимально защищенных от внешних помех, подытожили физики.