ドイツの研究室で、グラフェン中の電子が禁制エネルギー帯を突然飛び越える現象が確認され、その確率は最大で百パーセントに達する。これは測定誤差ではなく、リアルタイムで撮影に成功した実際の過程である。
レーゲンスブルク大学、マールブルク・フィリップス大学、ユーリヒ研究センターの科学者チームが、2年2026月にNature誌で発表した実験を行った。彼らは強力なレーザーパルスと組み合わせた光電子放出パルス顕微鏡を用いて、ユーリヒで育成された最高純度の原子層グラフェン中での電子の動きを追跡した。この手法はサブサイクルビデオグラフィーと名付けられ、フェムト秒の何分の一かの間に起こる事象を捉えることを可能にする。
通常の半導体では、電子は禁制ギャップで隔てられた自身のエネルギー帯にとどまる。しかしここでは、光パルスの強い電場の作用下で電子が加速され、中間状態を経ずにギャップを横切る。エレベーターが他のすべての階を飛ばして一階から二十階へ瞬時に移動する様子を想像してほしい。ランダウ＝ゼナー＝マヨラナ遷移とはまさにそのようなものだ。このような跳躍の確率は帯端における電子の速度によって決まり、グラフェンではそれが百パーセントに達する。
実験は、結晶格子との相互作用が秩序だった運動を乱す可能性がある一方で、トンネリング自体は予測可能なままであることを示した。これは空間的障壁を通過する古典的トンネリングとは根本的に異なり、ここでは時間的なダイナミクスが鍵となる役割を果たす。
この発見は、電圧だけでなく光によって二次元材料中の電子を制御する道を開く。将来、こうした手法は、量子遷移が稀な例外ではなく実用的な道具となる新しいデバイスの基盤となり得る。
Nature誌に発表された結果は、サブサイクルビデオグラフィー法が他の量子材料でも機能し、そのエネルギー景観のパノラマ的な眺望を与えることを裏付けている。
