Ученые впервые увидели разветвленный поток электронов в двумерных структурах
Понимание того, как электроны движутся в материалах, - это путь к созданию искусственных сверхпроводников. Группа ученых из Гарвардского университета и Университета Тампере в Финляндии впервые зафиксировала ранее неизвестный вариант перемещения электронов в двумерном материале.
Разветвленный поток возникает, когда любая волна - звуковая, световая или даже морская - движется по неровным поверхностям. Столкновения с элементами поверхности превращают волну в похожие на деревья хаотические "ветки". Ранее разветвленный поток никогда не наблюдался в твердых двумерных структурах. Это открытие может объяснить, как квантовая механика влияет на поведение электронов, и дать ученым возможность управлять траекториями электронов, чтобы создать искусственные сверхпроводники со "сверхпроводами".
"Разветвленный поток замечен во всех видах трехмерных хаотических систем, таких как газы или цунами, и даже в мыльных пузырях, - говорит Альвар Даса Эстебан, один из авторов исследования. - Но никто не ожидал увидеть это явление в двумерных периодических системах".
Периодические системы - это решетки, похожие на упорядоченные улицы из кирпича. В 2D-материалах эти структуры близки к идеальным, и это позволяет электронам найти путь без сопротивления, необходимый для сверхпроводимости. Но воссоздать такое совершенство искусственно практически невозможно.
Волны показывают смешение фазового пространства хаотической карты после нескольких растягиваний и сворачиваний первоначально упорядоченных цветов в сложном паттерне. Разветвленный поток, созданный случайным потенциалом с разными длинами, масштабируется в горизонтальном и вертикальном направлениях
"Люди пытаются придумать сверхпровода, которые будут гладкими и избавленными от дефектов. И, если говорить коротко, у них не получается", - отмечает Эрик Хеллер, соавтор исследования.
Кроме того, в принципе провода должны быть трехмерными. Слои составных решеток дадут электронам больше путей, чтобы сбежать в неизвестном направлении, и, соответственно, замедлиться.
Соответственно, задача меняется: нужно научиться контролировать разветвленный поток. Некоторые сверхпроводники работают, когда фононы помогают электронам образовывать пары. Поскольку группы двойных электронов могут перемещаться вместе, ученые прибегли к ультрахолодным температурам или экстремальное давление, чтобы спровоцировать образование пар. Пока и то и другое сложно использовать вне лаборатории. Но если ученые научатся управлять обнаруженным разветвленным потоком, им не понадобятся фононы: они могут вынуждать электроны образовывать пары через сверхпровода.
Возможно, это первый шаг к созданию искусственных сверхпроводников. Команда планирует дальше наблюдать, как ведут себя разветвленные электроны, и экспериментировать с управлением потоком. В частности, они попытаются создать изогнутый канал в материале, чтобы попробовать улавливать электроны и менять их движение.
