Проводник + проводник = изолятор

В двух двойных слоях графена, повёрнутых друг относительно друга на угол более двух градусов, могут образовываться изолирующие состояния. В таком состоянии, наблюдавшемся исследователями из Лаборатории физики твердого тела в ETH Zurich, отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные дырки настолько сильно скоррелированы между собой, что материал не может проводить электрический ток.

Как объясняет Фолкерт де Фрис (Folkert de Vries), соавтор статьи, недавно опубликованной в журнале «Science», «если мы отрегулируем электрическое поле так, чтобы в двойных слоях было одинаковое количество электронов и дырок, сопротивление внезапно резко возрастает».

В течение нескольких недель исследователи не могли осмыслить этот парадоксальный результат, но затем, сотрудничавшие с ними теоретики из Техасского университета в Остине (США) дали нужную подсказку, объяснив наблюдавшийся эффект волнами плотности нового типа.

Эти коллективные волны плотности состоят из электронно-дырочных пар, связанных электростатическим притяжением, но электрически нейтральных, так что два совмещённых двойных слоя больше не могут проводить электрический ток.

Открытое в ETH Zurich совершенно новое коррелированное состояние не несёт общего заряда, но, тем не менее, может передавать информацию или проводить тепло. И особенно важно с практической точки зрения то, что это состояние можно полностью контролировать, изменяя угол относительного поворота слоёв и приложенное электрическое напряжение.

Подобные состояния ранее наблюдались в других материалах, созданные путем возбуждения с помощью лазерного света. Однако в эксперименте ETH электроны и дырки находились в базовом состоянии с самой низкой энергией, а это означает, что их время жизни не ограничивалось спонтанным распадом.

Возможные сценарии прикладного использования нового коррелированного состояния потребуют изрядной подготовительной работы. В частности, с его помощью можно сделать квантовую память менее восприимчивой к шуму электрического поля.