Электрон считается неделимой частицей, но при экстремальных условиях — температуре, близкой к абсолютному нулю, и мощном магнитном поле — электроны, запертые в двумерном слое, образуют коллективное состояние, в котором «квазичастицы» несут лишь долю заряда электрона. Это явление называют дробным квантовым эффектом Холла. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.
Учёные из групп Митали Банерджи (EPFL), Моти Хейблюма (Институт Вейцмана) и Мансура Шайегана (Принстонский университет) исследовали состояние ν = 1/2, которое формируется в широком слое арсенида галлия — материала, применяемого в оптоэлектронике, беспроводной связи и солнечных панелях. Результаты опубликованы в Physical Review Letters.
Исследователи изучали электроны в слое арсенида галлия шириной 70 нанометров, используя узкое сужение — «квантовый точечный контакт». Через него пропускали ток и измеряли «дробовой шум»: случайные колебания тока, размер которых показывает заряд отдельных носителей. Метод сначала проверили на известных состояниях с зарядом в один и две трети электрона.
Оба устройства — одно в EPFL, другое в Институте Вейцмана — дали одинаковый результат: частицы несли заряд, очень близкий к четверти заряда электрона (0,250 ± 0,013 и 0,249 ± 0,018). Это первое в истории измерение одинаковых значений дробного заряда двумя независимыми группами.
Состояние ν = 1/2 считается лишь вторым известным состоянием в арсениде галлия, обладающим неабелевыми свойствами. Такие состояния хранят информацию в глобальной геометрии, а не в одной точке, что делает их устойчивыми к дефектам и шуму. Перемещая такие частицы друг вокруг друга, можно создавать безошибочные квантовые компьютеры.