Ученые сделали значительный шаг в исследовании одного из самых выдающихся материалов современности — графена. Физики впервые смогли непосредственно зафиксировать эффект Флоке — уникальное квантовое явление, проявляющееся при воздействии ультракоротких световых импульсов на материал.
Графен — это невероятно тонкий одноатомный слой углерода, в котором атомы расположены в форме правильной гексагональной решетки. Несмотря на свою толщину в один атом, этот материал прочнее стали, превосходно проводит электричество и обладает высокой химической стойкостью.
Благодаря своим характеристикам графен по праву называют «материалом будущего»: его применяют в электронных дисплеях, датчиках, аккумуляторах и солнечных элементах нового поколения. Теперь специалисты из университетов Геттингена, Брауншвейга, Бремена и Фрайбурга обнаружили, что его возможности гораздо шире — оказывается, графен может взаимодействовать со светом так, что его электронные свойства можно менять буквально по команде.
Чтобы зафиксировать это явление, физики использовали метод фемтосекундной моментной микроскопии. Он позволяет наблюдать за поведением электронов с точностью до квадриллионной доли секунды. Образцы графена освещались сверхбыстрыми лазерными вспышками, после чего анализировалась реакция электронов в материале с помощью отсроченного импульса. В результате физики увидели, что под воздействием света электроны в материале временно «перестраивают» свое распределение — словно графен мгновенно получает новые свойства. Это и есть эффект Флоке, который ранее ученые лишь предсказывали теоретически, но не могли наблюдать напрямую в металлоподобных материалах.
Как подчеркивают авторы исследования, это открытие подтверждает, что так называемый «флоке-инжиниринг», то есть управление свойствами вещества с помощью света, действительно работает в графене. Таким образом, физики приблизились к созданию квантовых материалов, характеристики которых можно гибко изменять с помощью лазерных импульсов.
В будущем такой подход может привести к разработке совершенно новой электроники и сенсоров, в которых состояние электронов будет управляться без физического контакта, исключительно с помощью света. Особенно интересны и топологические эффекты, которые можно будет изучить — они обещают создать устойчивые и надежные элементы для квантовых компьютеров будущего. Таким образом, графен вновь подтвердил свой статус «чудо-материала»: теперь не только благодаря своей непревзойденной прочности и проводимости, но и из-за способности реагировать на свет, как живая квантовая система.
Фото: hi-tech.mail.ru