W laboratoriach w Niemczech elektrony w grafenie nagle przeskakują przez zabronione pasma energetyczne, przy czym z prawdopodobieństwem do stu procent. To nie błąd pomiaru, lecz rzeczywisty proces, który udało się sfilmować w czasie rzeczywistym.
Zespół naukowców z Uniwersytetu w Ratyzbonie, Uniwersytetu Filipa w Marburgu i Centrum Badawczego w Jülich przeprowadził eksperyment opublikowany w czasopiśmie Nature 2 listopada 2026 roku. Wykorzystali oni mikroskop impulsowy z fotoemisją, połączony z silnymi impulsami laserowymi, aby śledzić ruch elektronów w atomowo cienkich warstwach grafenu o najwyższej czystości, wyhodowanych w Jülich. Metoda otrzymała nazwę wideografii subcyklowej: pozwala ona rejestrować zdarzenia zachodzące w ułamkach femtosekundy.
W zwykłych półprzewodnikach elektrony pozostają w swoim paśmie energetycznym, oddzielonym przerwą zabronioną. Tutaj natomiast pod wpływem silnego pola elektrycznego impulsu świetlnego elektrony przyspieszają i przekraczają przerwę bez stanów pośrednich. Proszę sobie wyobrazić windę, która natychmiast przemieszcza się z pierwszego piętra na dwudzieste, pomijając wszystkie pozostałe: właśnie tak wygląda przejście Landaua-Zenera-Majorany. Prędkość elektronów przy krawędzi pasma określa prawdopodobieństwo takiego skoku, a w grafenie osiąga ono sto procent.
Eksperyment pokazał, że oddziaływanie z siecią krystaliczną może zakłócać uporządkowany ruch, ale samo tunelowanie pozostaje przewidywalne. To zasadniczo różni się od klasycznego tunelowania przez barierę przestrzenną — tutaj kluczową rolę odgrywa dynamika w czasie.
Odkrycie otwiera drogę do sterowania elektronami w materiałach dwuwymiarowych za pomocą światła, a nie tylko napięć elektrycznych. W przyszłości takie metody mogą stać się podstawą nowych urządzeń, w których przejścia kwantowe staną się narzędziem pracy, a nie rzadkim wyjątkiem.
Wyniki opublikowane w Nature potwierdzają: metoda wideografii subcyklowej działa również na innych materiałach kwantowych, dając panoramiczny wgląd w ich krajobraz energetyczny.
