Колеги з дослідницької групи MTA EK Topology Nanostructures Momentum Research Group під керівництвом Петера Немеш-Інце з Центру енергетичних досліджень ELKH (EK) відзначили, що ромбоедричний графіт є, мабуть, найпростішим кристалом, у якому взаємодія між електронами призводить до сильних кореляційних ефектів.
За результатами вимірювань скануючого зонда електрони в ромбоедричному графіті утворюють особливий, так званий квантовий магніт, важливою властивістю якого є наявність на його поверхні одночасно ізолятора і металевого стану. За допомогою поточних тестів дослідники довели, що ця надзвичайно проста модельна система підходить для вивчення сильних взаємодій. Більш глибоке розуміння взаємодіючих електронних систем може сприяти значним досягненням, таким як виробництво надійних квантових бітів і реалізація високотемпературної надпровідності. Результати дослідження були опубліковані в престижному науковому журналі Science Advances.
Взаємодія електронів у кристалічних матеріалах створює захоплюючі явища як з наукової, так і з практичної точки зору. Такі ефекти включають квазічастинки Майорани та фракціонований спін і електричний заряд.
Більш глибоке розуміння взаємодіючих електронних систем може сприяти значним досягненням, таким як виробництво надійних квантових бітів і реалізація високотемпературної надпровідності.
У фізиці значний прогрес зазвичай досягається завдяки вивченню найпростіших систем, але у випадку взаємодіючих електронних систем цей важливий науковий керівний принцип виконується меншою мірою. Матеріали із сильною взаємодією кристалізуються у складні структури, що містять три, чотири або навіть більше атомних компонентів.
Петер Немеш-Інце та його дослідницька група відзначили, що ромбоедричний графіт є, мабуть, найпростішим кристалом, у якому взаємодія між електронами призводить до сильних кореляційних ефектів.
Простота кристала графіту полягає в тому, що він складається лише з атомів вуглецю, а сильна взаємодія виникає через подібну до сходів атомної структури ромбоедричного графіту.
Ця подібну до сходів атомної структури система атомів вуглецю зображена на діаграмі вище червоними та синіми атомами вуглецю. Особлива кристалічна структура призводить до формування поверхневого електронного стану на шарах графену, які межують із кристалом, що зображено на малюнку нижче.
Вимірювання за допомогою скануючої тунельної мікроскопії, що залежить від температури, засвідчують, що сильні кореляції присутні в зразку до температури щонайменше 16 Кельвінів. За результатами вимірювань скануючого зонда електрони в ромбоедричному графіті утворюють особливий, так званий квантовий магніт, важливою властивістю якого є наявність на його поверхні одночасно ізолятора і металевого стану. Ці вимірювання є лише першим кроком у дослідженні властивостей ромбоедричного графіту, але вони вже показали, що ця надзвичайно проста модельна система підходить для вивчення сильних взаємодій.