Оказалось, нечто похожее происходит в мире нанотехнологий. Если сложить ультратонкие слои полупроводников (так называемые дихалькогениды переходных металлов, или TMD), между ними возникает «муаровый потенциал» — невидимый ландшафт из „гор“ и „долин“, где могут двигаться электроны.

Результаты опубликованы в издании ASC Nano.

Раньше ученые думали, что этот ландшафт статичен. Но группа исследователей из Molecular Foundry (Лаборатория Беркли) обнаружила неожиданное: муаровый потенциал постоянно колеблется, даже при экстремально низких температурах!

Что это значит

• Это меняет представление о поведении материалов на атомном уровне.
• Открытие может помочь в создании стабильных квантовых компьютеров, где главная проблема — декогеренция (потеря информации из-за внешних помех).
• Управляя муаровыми узорами, можно точнее контролировать движение электронов.

Как это увидели

Ученые использовали сверхбыстрые лазеры, чтобы «подсветить» слои TMD. Когда лазерный импульс попадает в материал, он выбивает электроны, оставляя после себя „дырки“ с положительным зарядом. Вместе они образуют экситоны — связанные пары, которые могут двигаться.

В двухслойной структуре экситоны разделяются: электроны прыгают в один слой, а дырки остаются в другом. Такие «межслойные экситоны» (IX) обычно должны застревать в „долинах“ муарового ландшафта. Но команда заметила: они движутся, как серферы на волнах.

Можно подумать, что экситоны заперты, будто в окружении гор. Но нет — они путешествуют! — говорит Антонио Росси, ведущий автор исследования.

Почему так происходит

Ученые предположили, что всему виной фазоны — особые квазичастицы (как «волны» в кристаллической решетке). Они действуют как „доски для серфинга“, позволяя экситонам скользить по муаровому потенциалу.

Даже при -150°C энергия не замирает полностью. Это новый способ переноса информации! — объясняет Арчана Раджа, руководитель группы.

Что дальше

• Изучить, как фазоны влияют на сверхпроводимость в графене.
• Попробовать «увидеть» фазоны напрямую.
• Исследовать другие материалы с муаровыми эффектами.

Пока ясно одно: мир наноматериалов оказался куда динамичнее, чем мы думали.