Британские физики опровергли универсальность эффекта Холла

Группа ученых из Университета Манчестера обнаружила, что при определенных условиях эффект Холла в графене может ослабевать. Феномен проявляется даже при комнатной температуре, и его придется учесть при создании многих устройств из графена.

Как и молекулы в газе или жидкости, электроны в твердых телах часто сталкиваются друг с другом и ведут себя, как вязкая жидкость. Они идеально подходят для поиска новых материалов с сильным взаимодействием электрон-электрон.

Проблема в том, что большинство материалов редко бывают достаточно чистыми, чтобы войти в режим вязкости. Это значит, что из-за примесей электронам не удается столкнуться. Тут на сцену выходит графен — слой углерода толщиной в один атом, у которого крайне мало дефектов, примесей и фононов (вибраций кристаллической решетки, вызванной температурой). Так что в графене взаимодействие электрон-электрон оказывается главным источником рассеяния. Так появляется вязкий поток электронов, пишет Phys.org.

Ранее ученые уже обнаружили, что поток электронов в графене обладает вязкостью в сто раз большей, чем мед. И открыли такие необычные феномены, как отрицательное сопротивление, вихри электронов и супербаллистический поток.

Еще более необычные эффекты наблюдаются, когда на вязкий поток электронов графена воздействует магнитное поле.

Уже существуют многочисленные теоретические исследования электромагнитной гидродинамики, имеющей отношение к физике плазмы и нейтронных звезд. Но первый практический эксперимент в этой области провели ученые из Манчестера.

Они изготовили графеновые устройства с множеством диагностических электродов, размещенных на разном расстоянии от пути электрического тока. Между некоторыми из них было менее микрона.

На большой дистанции от пути тока эффект Холла проявлялся обычным образом, но его сила быстро снижалась при измерении электродов, расположенных вплотную к инжектору.

«Такое поведение радикально отличается от обычный физики, описанной в учебниках, — говорит Алексей Бердюгин, студент-физик, проводивший эксперимент. — Вдали от контактов мы наблюдали старый добрый эффект Холла, а не новый „вязкий эффект Холла“. Но если поместить диагностические электроды рядом с точками инжекции тока — области, в которой вязкость проявляется наиболее сильно в виде вихрей в потоке электронов — то мы видим, как эффект Холла ослабевает».

Поскольку подобный эффект сохраняется даже при комнатной температуре, он может иметь важное значение для изучения и создания графеновых устройств.