Ученые Брауновского университета открыли фракционные экситоны — новый класс частиц с уникальными квантовыми свойствами, которые могут значительно изменить представление о квантовом мире и повлиять на развитие квантовых вычислений.
Исследование было опубликовано в журнале «Nature» и связано с дробным квантовым эффектом Холла. Этот эффект проявляется, когда магнитное поле воздействует на проводник с электрическим током, создавая напряжение. В классическом эффекте Холла напряжение увеличивается целыми числами, в то время как при дробном эффекте Холла наблюдаются дробные величины, соотносимые с зарядом электрона.
Для эксперимента ученые разработали структуру из двух слоев графена, разделенных кристаллом гексагонального нитрида бора, что позволило контролировать движение электрических зарядов с высокой точностью.
В таких условиях были получены экситоны — пары электронов и «дырок» (отсутствия электронов). Под воздействием мощных магнитных полей исследователи наблюдали фракционные экситоны, обладающие необычными свойствами.
Обычно частицы делятся на два типа: бозоны, которые могут находиться в одном и том же квантовом состоянии в неограниченном количестве, и фермионы, подчиняющиеся принципу Паули, запрещающему двум фермионам находиться в одном квантовом состоянии.
Фракционные экситоны проявляют свойства как бозонов, так и фермионов, становясь неким промежуточным состоянием между этими двумя классами частиц.
Ученые намерены продолжить исследования взаимодействия фракционных экситонов и выяснить возможность управления их поведением. По мнению исследовательской группы, этот прогресс может стать основой для разработки более эффективных и быстрых квантовых компьютеров в будущем.
