Один из самых обычных материалов на Земле оказался очень интересным в плане изучения процессов, происходящих в черных дырах.

Физики теоретически показали, что применение магнитного поля к маленькой графеновой чешуйке неправильной формы делает ее квантовой голограммой черной дыры. Это означает, что графеновая чешуйка воссоздает пространственную структуру и характерные свойства черной дыры, но в гораздо меньшей, низкоразмерной системе.

Анффани Чен и со-авторы исследования из учреждений Канады, Израиля, Великобритании и США опубликовали доклад о квантовой графеновой голограмме в недавнем выпуске журнала PhysicalReviewLetters.

«Мы показываем, что довольно привычный и хорошо изученный материал – графен – при определенных условиях может вести себя новым, удивительным образом, – говорит профессор физики Университета Британской Колумбии и со-автор исследования Марсел Франц. – В частности, что электроны в наноразмерной чешуйке графена с неправильными гранями и в примененном магнитном поле смогли создать так называемую модель Сачдева-Йе-Китаева (SYK)».

Как объясняют физики, модель SYK иллюстрирует тип «голографической двойственности», в которой высокоразмернаясистема (в данном случае, черная дыра в (1+1)-мерное пространство-время) может быть представлена низкоразмерной системой (в данном случае, электронами в графене, занимающими (0+1)-мерное пространство-время).

Электронные свойства неровной графеновой чешуйки в отсутствие взаимодействий / Anffany Chen, R. Ilan, F. de Juan, D. I. Pikulin, and M. Franz

Тип голографической двойственности, иллюстрируемый моделью SYK, представляет особый интерес из-за проявления некоторых из характерных свойств черной дыры, включая ненулевую остаточную энтропию и распространение квантового хаоса. Это может помочь ответить на фундаментальные вопросы о связи между квантовой механикой и гравитацией.

«Модель SYK представляет большой интерес для физиков сегодня, так как считается, что в ней содержится голографическое описание квантовой черной дыры, – говорит Франц. – Некоторые из самых больших загадок в современной физике заключены в пересечении общей теории относительности Эйнштейна с квантовой механикой. Следовательно, лучшее понимание модели SYK может пролить свет на эти фундаментальные вопросы».

В отличие от других систем, предложенных для демонстрации модели SYK, новая квантовая фаза графена на требует передовых технологий для изготовления и может быть воспроизведена при помощи существующих средств. Для создания голограммы черной дыры необходимо соблюсти определенные условия: у графеновой чешуйки должны быть очень неровные края и чистая внутренняя часть, чтобы у электронных волновых функций была случайная пространственная структура.

«В данный момент мы работаем над пониманием транспортировочных свойств графеновой чешуйки в режиме SYK, – говорит Франц. – В более общем смысле, мы надеемся, что наши теоретические результаты побудят экспериментаторов изучить графеновые чешуйки необходимого типа для создания физики SYK, и мы готовы предоставить теоретическую поддержку любым таким усилиям».