Специалисты из Университета Ратджерса (США) впервые зарегистрировали проявление дробного квантового эффекта Холла в однослойном графене.

Этот эффект наблюдается в сильном внешнем магнитном поле при низких температурах и том условии, что носители заряда будут передвигаться в одной плоскости (система станет «двумерной»). При определенном значении поля взаимодействие между электронами оказывается достаточным для формирования квазичастиц с дробным электрическим зарядом, который составляет некоторую часть заряда электрона.

Дробный квантовый эффект Холла был открыт в 1982 году и с тех пор неоднократно регистрировался в различных полупроводниковых структурах. Однако все предыдущие попытки обнаружить его проявления в графене заканчивались неудачей. Некоторые ученые начали сомневаться в том, что подобные эксперименты когда-либо приведут к успеху: в графене, в отличие от традиционных материалов, электроны обладают нулевой эффективной массой, и это, как считали пессимисты, должно препятствовать образованию квазичастиц.

Американские исследователи предположили, что основной причиной неудач стало воздействие примесей и неоднородностей слоя диоксида кремния, на котором размещался графен в проведенных ранее экспериментах. В своих опытах они удаляли нижележащий диоксид кремния методом химического травления, создавая подвешенные на электродах графеновые пленки. После этого образцы проходили дополнительную «очистку» током плотностью 2•10⁸ А/см² при температуре 4,2 К. Авторы также изготовили оригинальные измерительные датчики, поскольку способ снятия показаний, использованный их предшественниками, показался им не совсем корректным.

В результате ученым удалось зафиксировать характерные признаки формирования квазичастиц с дробным электрическим зарядом в лучших из полученных образцов графена.

Подвешенный графен, использованный в экспериментах. Типовая ширина образца — 1,5–3 мкм. (Иллюстрация из журнала Nature)