В удивительном повороте событий Руйхен Су, студент Университета Британской Колумбии, сделал революционное открытие в области квантовой физики, работая под руководством профессора Джошуа Фолка. Его исследования графена — материала, известного своей исключительной прочностью и проводимостью — могут значительно изменить наше понимание поведения электронов в этом необычном веществе.
Графен, состоящий из атомов углерода, расположенных в виде сот, стал объектом интенсивного изучения с момента его открытия в 2004 году. Исследования Су включали манипуляцию скрученными слоями графена, что привело к открытию, что электроны могут оставаться "замороженными" на месте, позволяя при этом току свободно течь по краям материала без сопротивления.
Этот феномен, названный топологическим электронным кристаллом, представляет собой новое экзотическое состояние материи, в котором электроны остаются зафиксированными в определенном порядке, но продолжают переносить электричество по периферии. Такое поведение никогда ранее не наблюдалось в аналогичных системах.
Для понимания этого феномена требуется знание топологии — раздела математики, изучающего свойства объектов, которые остаются неизменными при деформации. В открытии Су электронная структура ведет себя как замкнутое кольцо, позволяя электронам циркулировать по краям без помех, подобно тому, как бублик нельзя превратить в крендель, не разорвав его.
Мэтью Янковиц, один из ведущих исследователей проекта, сравнил пути электронов с лентой Мёбиуса, геометрической фигурой с одной непрерывной стороной. Эта характеристика позволяет электронам следовать по этим путям, не теряя энергию в виде тепла, что является важным свойством для будущих приложений.
Это открытие имеет не только академическое значение. Способность электронов стабильно организовываться может стать основой для создания более надежных и эффективных квантовых компьютеров. Одна из главных проблем в квантовых вычислениях — хрупкость кубитов, основных единиц информации. Если электроны в графене смогут сохранять свою организацию и сопротивляться помехам, они могут стать основой для новых топологических кубитов.
Кроме того, безрезистивная проводимость электронов по краям материала может привести к созданию электронных схем со значительно повышенной энергетической эффективностью. Эта инновация может революционизировать электронику, минимизируя потери энергии в виде тепла.
Что делает это достижение еще более удивительным, так это то, что оно произошло в ходе, казалось бы, рутинного эксперимента, проведенного университетским студентом. Наблюдательность и тщательный подход Су привели к открытию, которое теперь публикуется в ведущих научных журналах.
Это открытие напоминает нам о том, что значительные научные достижения могут возникать из любопытства и критического мышления, а не только из сложного оборудования или больших бюджетов. Участие молодых исследователей в передовых проектах обогащает эту область и подчеркивает идею о том, что наука процветает благодаря любознательности, независимо от опыта открывателя.