Эксперимент, описанный в журнале Science, начался с создания квантовых точек, крошечных островков со свойствами отдельных атомов, внутри графена, охлажденного до температуры чуть выше абсолютного нуля.

Электроны вращаются вокруг квантовых точек так же, как и вокруг атомов. В соответствии с квантовой теорией они могут занимать определенный энергетический уровень. Но под воздействием магнитного поля силой около 1 тесла (примерно в 100 раз больше, чем у небольшого кусочка магнита), электроны уплотняются и начинают сильнее взаимодействовать друг с другом.

В результате электроны перестраиваются по-новому: в перемежающиеся слои проводящих и непроводящих концентрических колец на поверхности. Соединив снимки этих слоев, сделанные при разных энергетических уровнях электронов, ученые получили изображение, напоминающее многоярусный свадебный торт.

Графеновые квантовые точки считаются фундаментальным элементом некоторых видов будущих квантовых компьютеров, пишет Phys.org. Поскольку такое поведение электронов проявляется под воздействием магнитного поля даже умеренной силы, это означает, что его следует принимать во внимание при разработке квантовых компьютеров.

Также этот эксперимент открывает возможности создания с помощью графена так называемого «релятивистского квантового симулятора». Теория относительности описывает, как объекты ведут себя, когда движутся со скоростью, близкой или равной скорости света. А электроны в графене обладают уникальным свойством — они движутся так, будто у них нет массы, как фотоны, хотя на самом деле их скорость много ниже световой. Новое исследование открывает путь к новым методам изучения этого раздела физики.

Физики Йельского университета разобрались в теоретической проблеме, которая оставалась нерешенной в течение 65 лет. Они предложили модель, объясняющую взаимодействие электронов за пределами кулоновского барьера во всех дираковских материалах.