Международная группа ученых под руководством физиков из МФТИ экспериментально подтвердила, что электроны в графене могут вести себя как уникальная «томографическая жидкость». В таком состоянии коллективные возмущения разного типа затухают с кардинально разной скоростью. Это открытие, результаты которого опубликованы в журнале Physical Review Letters, создает новые перспективы для развития электроники.
В сверхчистых материалах, к которым относится графен, электроны способны двигаться не как отдельные частицы, а как единая вязкая среда, подобная жидкости или газу, сообщает портал «Научная Россия». Это явление, известное как электронная гидродинамика, позволяет в лабораторных условиях изучать процессы, схожие с теми, что происходят в экстремальных средах, например, в кварк-глюонной плазме. Одна из ключевых теорий в этой области предсказывала, что в двумерных материалах коллективные волны в электронной жидкости должны вести себя необычно: возмущения с четной симметрией быстро исчезают, тогда как нечетные существуют аномально долго.
Для проверки этой гипотезы команда ученых из МФТИ, Университета Регенсбурга и Национального университета Сингапура разработала новый экспериментальный подход. Используя метод высокопорядкового циклотронного резонанса, они смогли целенаправленно возбуждать в графене электронные возмущения различной симметрии и измерять время их жизни. Для этого образец графена помещался в сильное магнитное поле и облучался терагерцовым лазером.
Эксперимент наглядно продемонстрировал, что резонансный пик, соответствующий нечетному возмущению, был значительно уже, чем пик четного. Это стало прямым доказательством того, что нечетные моды затухают медленнее, чем четные, что полностью подтверждает гипотезу о томографической жидкости. Руководитель лаборатории МФТИ Дмитрий Свинцов отметил, что их результаты являются первым прямым подтверждением этой теории и указывают на доминирующую роль электрон-электронных столкновений в данном режиме.
Подтверждение гипотезы имеет большое практическое значение. Аномально долгоживущие нечетные возмущения могут быть использованы в качестве носителей информации, что позволит передавать сигналы с минимальными потерями. Это открытие может лечь в основу создания нового поколения сверхбыстрой и энергоэффективной терагерцовой электроники. Ученые из МФТИ видят серьезный потенциал для внедрения технологии в системы связи и обработки данных и уже ищут промышленных партнеров для дальнейшего развития проекта.