Ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Университета Регенсбурга и Национального университета Сингапура совершили прорыв в физике конденсированного состояния, подтвердив гипотезу о так называемых «жидких» электронах в графене. Экспериментально было доказано, что электроны в этом уникальном материале могут вести себя не как отдельные частицы, а как единая вязкая среда, формируя особую томографическую жидкость. В таком состоянии сложные коллективные волны разной симметрии затухают с совершенно разной скоростью. Данное явление позволяет моделировать в лабораторных условиях процессы, характерные для экстремальных сред, таких как кварк-глюонная плазма.
Гипотеза томографической жидкости долгое время оставалась теоретической. Она предсказывала, что в двумерных материалах возмущения с четной симметрией, аналогичные симметричному сжатию, должны быстро исчезать, в то время как нечетные возмущения, похожие на сдвиг, обязаны сохраняться аномально долго. Прямых доказательств этому не было из-за отсутствия необходимых экспериментальных методик. Международная команда разработала новый подход, применив метод высокопорядкового циклотронного резонанса. Исследователи помещали образец сверхчистого графена в сильное магнитное поле и облучали его терагерцовым лазером, что позволяло целенаправленно возбуждать электронные возмущения нужной симметрии и точно измерять время их жизни.
Ключевым результатом эксперимента стало наблюдение резонансных пиков разной ширины. Пик, соответствующий нечетному возмущению третьего порядка, оказался значительно уже, чем пик четного возмущения второго порядка. Это прямо указывает на то, что нечетные моды затухают намного медленнее. Как пояснил руководитель лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ Дмитрий Свинцов, результаты показывают доминирующую роль электрон-электронных столкновений в специфическом гидродинамическом режиме.
Аномально долгая жизнь нечетных возмущений позволяет рассматривать их в качестве перспективных носителей информации для электронных устройств следующего поколения. Использование этого эффекта может лечь в основу создания сверхбыстрой и энергоэффективной терагерцовой электроники, где передача сигналов будет осуществляться с минимальными потерями. Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ уже видят серьезный потенциал для внедрения этой технологии в системы связи и обработки данных и активно работают над привлечением индустриальных партнеров для дальнейшего развития прорывного открытия.
Ранее в МИСИС создали проводящие полимеры для электроники.
