Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) в составе международной коллаборации представили исследование, которое меняет представления о поведении электронов в тончайших материалах. Об этом сообщает пресс-служба вуза. Уточняется, что им впервые удалось доказать движение элементарных частиц в поперечном направлении даже при полном отсутствии внешнего магнитного поля.
До настоящего момента классическая физика связывала контроль над поперечным движением электронов в двумерных системах исключительно с воздействием магнитного поля. Томские политехники вместе с коллегами из Объединенного института ядерных исследований и Института ядерной физики Узбекистана предложили математическую модель, которая опровергает это устоявшееся правило.
Новая модель основана на точном решении для открытой двумерной квантовой системы. В ней электроны не изолированы, а постоянно взаимодействуют с окружающей средой, причем это взаимодействие происходит по обеим координатам — x и y. Ключевую роль в процессе играет немарковский эффект, или эффект памяти, явление, при котором эволюция квантовой системы зависит от ее предыдущих состояний. Именно совокупность связи со средой и наличия памяти порождает поперечный электрический сигнал без какого-либо внешнего магнитного воздействия.
«Представьте носители заряда, которые не просто существуют сами по себе, а обмениваются энергией с окружающей средой и помнят прошлые взаимодействия. Нам удалось установить, что эти «воспоминания» и корреляции между движениями по координатам x и y приводят к неожиданному эффекту — тому, что электрический ток может возникнуть в поперечном направлении даже без внешнего магнитного поля. Такой эффект был показан впервые, мы дали ему название — гальванодиссипативный эффект. По сути, это открытие может помочь нам не только объяснить, почему некоторые 2D-материалы ведут себя иначе, но и научиться управлять этим поведением на наноуровне, используя свойства среды и архитектуру материала», — отмечает один из авторов исследования, профессор отделения математики и математической физики ТПУ Николай Антоненко.
Для проверки своей теории ученые применили разработанную модель к графену — одному из самых известных двумерных материалов. В ходе расчетов им удалось определить электропроводность этого материала и параметры возникающих в нем поперечных электрических полей, что подтвердило правоту исследователей.
В перспективе открытие томских политехников и их уникальная математическая модель могут стать основой для повышения эффективности и расширения функциональности новейших электронных и оптоэлектронных устройств. На их основе можно будет создавать более чувствительные сенсоры и элементы для наноэлектроники, где тонкое управление током открывает совершенно новые возможности. Работа исследователей опубликована в авторитетном международном журнале.
