Впервые ученые Принстона и Техасского университета в Остине наблюдали спонтанное движение электронов на поверхности кристалла висмута, нарушающих симметрию его поверхности. Это открытие дает в руки ученым новые инструменты управления заряженными частицами.

Сегодняшняя электроника, от компьютеров до смартфонов, работает на процессорах, сделанных из кремния, который достигает предела возможностей по обработке информации. Поэтому ученые ищут новые материалы и механизмы.

Физики использовали сканирующий туннельный микроскоп для визуализации электронов на поверхности кристалла висмута при экстремально низких температурах, при которых можно наблюдать квантовые состояния.

«Это первая визуализация квантовой жидкости электронов, в которых взаимодействие между электронами заставляет их коллективно выбирать орбиты с необычными формами», — говорит профессор Али Яздани из Принстона, руководитель исследования.

Второе большое открытие состоит в том, что ученые впервые смогли прямо наблюдать орбиты электронов, движущихся по магнитному полю.

«На самом деле, именно способность визуализировать эти орбиты позволила нам заметить формирование этой странной квантовой жидкости», — говорит он.

Обычно, при отсутствии магнитного поля, электроны в кристалле перелетают с атома на атом. Применив сильное магнитное поле перпендикулярно потоку электронов, ученые заставили электроны сменить направление и крутиться вокруг ближайшего дефекта кристалла, как планеты вокруг Солнца. И смогли измерить свойства, или функции волн этих орбит, получив важный инструмент изучения двумерного движения электронов на поверхности кристалла.

«Мы ожидали, но никогда раньше не видели, что можно превратить поток электронов в нематическую жидкость с заданным направлением, изменив взаимодействия между электронами, — сказал профессор Яздани. — Меняя силу магнитного поля, можно заставить электроны сильнее взаимодействовать и увидеть, как они нарушают симметрию поверхности кристалла, совместно избирая определенное направление».

Исследование профессора Яздани и его коллег экспериментально доказало теорию принстонского профессора физики Шиваджи Сондхи, возникшую более 20 лет назад, пишет Phys.org.

Прогресса в достижении нового конденсированного состояния материи, когда электроны, обработанные светом и магнитным полем, организуются в пары и ведут себя как однородная система, достигли физики Университета Райса. Этот эффект может быть использован в создании стабильных квантовых компьютеров.