Получен самый чистый в мире образец полупроводникового материала, который позволяет пролить свет на некоторые загадки в поведении электронов - «Наука и технологии»

Исследователи из Принстонского университета получили самый чистый на сегодняшний день образец одного из полупроводниковых материалов, арсенида галлия, материала, лежащего в основе таких технологий, как сотовая связь, космическая электроника и т.п. Количество примесей в полученном образце не превышает одного атома примеси на каждые 10 миллиардов атомов материала, и уровень чистоты этого образца превышает уровень чистоты самого чистого кремния, из которого изготовлен нынешний эталон одного килограмма. А чип из сверхчистого арсенида галлия, размером в несколько миллиметров, уже позволили ученым увидеть воочию и изучить некоторые аспекты загадочного поведения электронов.

Для использования чипа в своих экспериментах ученые нанесли на его поверхность несколько токопроводящих электродов, охладили его до сверхнизких температур, "окутали" его сверхмощными магнитными полями и пропустили через него электрический ток. После этого, изменяя напряженность магнитного поля и силу проходящего через материал электрического тока, ученые обнаружили целую серию удивительных эффектов, некоторые из которых попали в поле зрения ученых в первый раз за всю историю науки.

В ходе экспериментов было установлено, что некоторые вещи, являющиеся проявлениями еще неизвестных аспектов физики, могут наблюдаться в сверхчистом материале под воздействием намного более слабых магнитных полей, чем считалось ранее. Это, в свою очередь, позволит проводить изучение таких явлений в большем количестве лабораторий во всем мире.

Наиболее удивительным открытием стало то, что электроны, движущиеся в среде сверхчистого арсенида галлия, при некоторых условиях выровнялись и сформировали структуру наподобие кристаллической решетки. Такая электронная структура, известная под названием кристалла Вигнера, возникала ранее под воздействием магнитных полей силой не менее 14 Тесла, но в данном случае такой кристалл сформировался при силе магнитного поля менее 1 Тесла.

Также ученые зарегистрировали в среде сверхчистого 80-процентное увеличение количества и амплитуды колебаний электрического сопротивления системы в целом и гораздо большее по величине проявление так называемого дробного квантового эффекта Холла (fractional quantum Hall effect). Отметим, что данный эффект был впервые обнаружен Дэниелом Цуем (Daniel Tsui), профессором Принстонского университета, который стал в свое Нобелевским лауреатом по физике за сделанное открытие.

Некоторые из других зарегистрированных явлений представляют собой проявление какой-то совершенно иной физики, не имеющей на сегодняшний день даже теоретического основания, которая, как подозревают ученые, тесно связана с таинственным миром квантовых явлений.