Графен стал вторым двумерным материалом, в котором наблюдали аномальный дробный квантовый эффект Холла — дробление заряда электрона без внешнего магнитного поля. Физики пока не могут объяснить странное поведение отрицательно заряженных частиц.

В мае 2023 года физики из Вашингтонского университета в Сиэтле впервые наблюдали необычное поведение электронов. Пропустив электрический ток через два листа дителлурида молибдена толщиной в атом, ученые наблюдали, что электроны действовали, как частицы с дробными зарядами. Измерения сопротивления показали, что вместо нормального заряда –1 электроны действовали словно частицам с зарядами –2/3 или –3/5, например.

Хотя дробные заряды наблюдались и до этого — дробный квантовый эффект Холла был открыт несколько десятилетий назад, но для его возникновения требовалось воздействие на материал магнитного поля. Действительно странным в эксперименте физиков с дителлуридом молибдена было то, что электроны несли дробный заряд без внешнего воздействия.

Примерно в то же время физики из Массачусетского технологического института (MIT), наблюдали аналогичный эффект, поместив пять слоев графена между листами нитрида бора. Исследователи опубликовали результаты в феврале 2024 года и представили их для обсуждения на мартовском собрании Американского физического общества.

Ученые, изучившие результаты обеих работ, сообщили Nature, что данные выглядят убедительно и не вызывают сомнения, но остается загадкой, что заставляет электроны в материалах вести себя так странно.

Физикам-теоретикам предстоит большая и захватывающая работа, чтобы объяснить наблюдения. Возможно, ученых ждут фундаментальные открытия, меняющие представления о природе и поведении электронов.

Аномальный (возникающий вне магнитного поля) дробный квантовый эффект Холла имеет не только теоретическое, но и практическое значение. Дробно заряженные частицы – ключевое требование для некоторых видов квантовых компьютеров.