Исследователи из Квантового центра, ИТМО и Физтеха впервые зафиксировали вигнеровский кристалл в монослое диселенида вольфрама через отклик материала на свет. Никаких магнитных полей и лишних контактов не понадобилось. Об этом сообщает «Хайтек».
В обычных условиях электроны в твёрдом теле двигаются почти свободно. Но если материал сильно охладить и уменьшить плотность частиц, электроны начинают отталкиваться друг от друга. Вместо хаотичного движения они выстраиваются в регулярную решётку. Это состояние называют вигнеровским кристаллом. Именно его и наблюдали учёные.
Образцом служил монослой диселенида вольфрама. Это полупроводник толщиной до нанометра, примерно в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса. Кристалл возникал при охлаждении ниже 26 кельвинов, то есть примерно ниже минус 247 градусов, и точной настройке плотности электронов. До сих пор такие состояния изучали с помощью электрических измерений или в сильных магнитных полях. Авторы работы впервые увидели признаки кристалла оптически, без внешнего магнитного поля.
В ИТМО разработали теоретическую модель и экспериментальный протокол. Они позволяют определять период кристалла по спектрам отражения двумерного материала. Главное преимущество метода — почти бесконтактное наблюдение. Образец не нужно усложнять большим числом электрических контактов или помещать в магнитное поле. Это делает изучение сильно взаимодействующих электронных систем гораздо удобнее.
Руководитель научной группы Квантового центра и Физтеха Александр Чернов отметил, что сложное состояние электронов впервые увидели напрямую с помощью света. Появление регулярной структуры меняет оптический отклик материала. Научное сообщество получило новый инструмент для исследования квантовых состояний, в которых большое число частиц ведёт себя как единое целое.
В перспективе такие двумерные структуры могут стать основой для твердотельных квантовых симуляторов. Эти платформы помогают моделировать поведение сложных материалов. Подобные задачи часто не по зубам классическим суперкомпьютерам, потому что требуют учёта коллективного поведения огромного числа частиц. Работа опубликована в журнале Physical Review B и выполнена в рамках дорожной карты по квантовым вычислениям, которой руководит Госкорпорация «Росатом».
Обложка: magnific
