Виявлено незвичайні властивості поведінки електронів у графені, поки теоретично.
Графен - почесний матеріал, що складається з атомів вуглецю, укладених у шестикутну решітку. Якщо подивитися на грифель олівця під потужним мікроскопом, то можна побачити, що він має слоїсту структуру, де кожен шар і є графен. Його висока електрична провідність поряд з хорошою теплопровідністю і міцністю робить цей матеріал дуже перспективним для застосування в наноелектроніці. Хоча теоретично його вивчають з 1947 року, а експериментально з 2004 року, повного розуміння його властивостей так і не досягнуто.
Носіями заряду в графені служать не просто звичайні окремі електрони, як у металі, а їхні групи, в яких поведінка електронів взаємопов'язана і визначається їх взаємодією між собою і з іонами кристалічної решітки. Поведінка такої групи електронів схожа на поведінку особливої зарядженої частинки. Фізики називають подібні об'єкти квазічастинками (приставка «квазі» означає «щось на зразок», «на зразок»).
Така квазічастинка при врахуванні зарядів іонів має електричний заряд, рівний заряду електрону, але сильно відрізняється від нього за іншими властивостями. Наприклад, два вільні електрони завжди відштовхуються, а між двома квазічастинками може виникати ефективне тяжіння. Вони навіть можуть утворити свого роду «атом», що складається з двох електрично однаково заряджених квазічастинок. Фізики називають це локалізованим станом квазічастинок, тобто їх знаходженням в обмеженій області - локації. Квазічастинки також мають іншу порівняно з вільним електроном залежність енергії від імпульсу (спектр).
Співробітники теоретичного відділу Інституту ядерної фізики ім.Г.І. Будкера СО РАН (ІЯФ СО РАН) виявили нові вельми незвичайні властивості взаємодії електронів у графені, які можуть пролити світло на деякі з властивостей самого графена. Про це вони розповіли в статтях, опублікованих в журналах "Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures» и «Physical Review B».
При абсолютному нулі температури заряджені квазічастинки займають всі стани з енергіями нижче деякої. Ця максимальна енергія називається енергією Фермі. Дослідники розглянули дві квазічастинки, що мають енергії вище енергії Фермі, і виявили, що вони здатні утворити локальні стани двох видів. Перший такий «атом» виникає в процесі розсіювання однієї квазічастинки на іншій. Взаємодія цих квазічастинок між собою і час життя стану залежить від різниці між їх енергією та енергією Фермі. Чим більша ця різниця - тим більший час життя. У другому випадку час життя локалізованого стану формально - нескінченно, але поки неясний спосіб його народження.
За матеріалами ІЯФ СО РАН