Физики дважды измерили квазичастицы с четвертью заряда электрона

Две независимые группы физиков получили практически одинаковые свидетельства существования квазичастиц, переносящих всего четверть заряда электрона. Результат получен в необычном квантовом состоянии материи, которое рассматривается как потенциальная платформа для будущих топологических квантовых компьютеров.

Физики дважды измерили квазичастицы с четвертью заряда электрона

Сам электрон остается неделимой элементарной частицей, однако внутри некоторых материалов электроны способны коллективно вести себя так, словно существуют новые квазичастицы с дробным электрическим зарядом. Именно такой эффект физики исследовали в состоянии дробного квантового эффекта Холла с коэффициентом заполнения ν = 1/2.

Эксперименты независимо провели специалисты EPFL в Швейцарии и Института Вейцмана в Израиле. Электроны находились в слое арсенида галлия толщиной 70 нанометров, охлажденном до чрезвычайно низкой температуры и помещенном в сильное магнитное поле.

Чтобы определить заряд квазичастиц, ученые использовали квантовый точечный контакт — микроскопическое сужение, через которое проходил электрический ток. Небольшая часть квазичастиц случайным образом отражалась от него, создавая так называемый дробовой шум. Анализ этих электрических флуктуаций позволяет определить заряд отдельных носителей.

Несмотря на использование двух независимых экспериментальных установок, результаты практически совпали. В одном случае ученые получили заряд 0,250 ± 0,013 от заряда электрона, а во втором — 0,249 ± 0,018. Оба значения соответствуют e/4, то есть одной четверти заряда электрона.

Особый интерес состояние ν = 1/2 вызывает из-за предположения, что в нем могут существовать неабелевы анионы. Их квантовое состояние зависит от взаимного перемещения частиц, благодаря чему информацию теоретически можно хранить в более устойчивой к локальным ошибкам форме. Именно этот принцип лежит в основе идеи топологических квантовых компьютеров.

Однако обнаружение заряда e/4 само по себе еще не доказывает существование неабелевых квазичастиц: такой заряд допускают сразу несколько возможных квантовых состояний. Следующим шагом станут эксперименты, в которых физики попытаются непосредственно определить статистику квазичастиц и проверить, как их квантовое состояние меняется при перемещении относительно друг друга.

Читайте также

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Размер кристалла помог предсказать магнитные свойства сложных материалов

Размер кристалла помог предсказать магнитные свойства сложных материалов

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Животные могли населить Землю на 200 миллионов лет раньше

Животные могли населить Землю на 200 миллионов лет раньше

Ученые воссоздали лицо Homo sapiens возрастом 315 000 лет

Ученые воссоздали лицо Homo sapiens возрастом 315 000 лет

Ученые открыли сверхпроводник I типа, нарушающий симметрию обращения времени

Ученые открыли сверхпроводник I типа, нарушающий симметрию обращения времени

Сверхчувствительный сенсор сделает раннюю диагностику болезней Паркинсона и Альцгеймера

Сверхчувствительный сенсор сделает раннюю диагностику болезней Паркинсона и Альцгеймера

В Китае обнаружен динозавр микрорапторин, меняющий теорию эволюции полета

В Китае обнаружен динозавр микрорапторин, меняющий теорию эволюции полета

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Ученые МФТИ создали нейросеть по принципу мозжечка

Ученые МФТИ создали нейросеть по принципу мозжечка

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Звезда в трехстах световых годах неспешно поглощает коричневого карлика

Физики создали почти идентичные фотоны для будущих квантовых сетей

Физики создали почти идентичные фотоны для будущих квантовых сетей

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды

Астрономы впервые нашли планету, «восставшую из пепла» погибшей звезды