Российские исследователи впервые показали, что коллективное поведение электронов в ультратонком материале можно наблюдать с помощью света — без сильного внешнего магнитного поля и сложной системы электрических контактов. Новый метод поможет лучше понять сложные состояния вещества, от которых зависит разработка новых материалов, квантовой электроники и твердотельных квантовых симуляторов.
Ученые исследовали монослой диселенида вольфрама — двумерный полупроводник толщиной менее одного нанометра. При охлаждении образца ниже 26 K, или примерно –247 °C, и точной настройке плотности частиц электроны начинали выстраиваться в регулярную структуру — вигнеровский кристалл.
Обычно подобные состояния изучают с помощью электрических измерений. В новой работе исследователи обнаружили признаки электронного кристалла по изменению оптического отклика материала. Теоретическая модель и экспериментальный протокол, разработанные в ИТМО, позволили определять период электронной структуры по спектрам отражения.
Такой почти бесконтактный метод упрощает изучение систем, в которых частицы сильно взаимодействуют и ведут себя как единое целое. Именно коллективные эффекты лежат в основе сверхпроводимости, необычного магнетизма и других перспективных состояний вещества.
В будущем двумерные структуры могут стать основой твердотельных квантовых симуляторов — платформ для моделирования сложных материалов и процессов, расчеты которых недоступны даже классическим суперкомпьютерам.
Мы впервые показали, что такое сложное состояние электронов в монослое диселенида вольфрама можно увидеть напрямую с помощью света. В эксперименте электроны в атомарно тонком полупроводнике выстраиваются в регулярную структуру, а ее появление меняет оптический отклик материала, что дает научному сообществу новый инструмент для изучения квантовых состояний, в которых большое число частиц ведет себя как единое целое
— отметил Александр Чернов, руководитель научной группы Российского квантового центра и МФТИ, один из авторов работы.
Работа опубликована в авторитетном научном журнале Physical Review B и реализована в рамках дорожной карты по развитию квантовых вычислений.
🔤🔤🔤🔤