Научный коллектив из России, Австралии и Великобритании представил результаты исследования на страницах журнала Nature Physics. Разработанный кристалл сформирован на базе гетероструктуры арсенида галлия в арсениде алюминия-галлия. Посредством наложения периодического электростатического рельефа на двумерный электронный газ исследователи научились плавно перестраивать электронный спектр системы от графеноподобного типа к решетке кагоме без механической замены чипа.
«Главное достижение состоит в том, что в одном и том же полупроводниковом устройстве можно электрически перестраивать искусственный кристалл и переходить от графеноподобных электронных состояний к кагоме-подобной плоской зоне, где на первый план выходят взаимодействия между электронами. Это уже не просто наблюдение отдельных минизон, а управляемая платформа для исследования коллективных квантовых состояний», – пояснил Виталий Ткаченко, старший научный сотрудник Института физики полупроводников СО РАН.
Особый интерес физиков вызвала плоская энергетическая зона шириной около 0,2 миллиэлектронвольта, возникающая в геометрии кагоме. При ее половинном заполнении зафиксирован резкий скачок сопротивления и формирование коррелированного изолятора. Анализ показал, что электроны объединяются в миниатюрные замкнутые круговые токи внутри треугольных элементов решетки, образуя устойчивое квантовое состояние.
Изготовление чипов и транспортные измерения проходили в Университете Нового Южного Уэльса, полупроводниковые слои предоставила Кавендишская лаборатория, а новосибирские ученые выполнили трехмерное электростатическое моделирование и оптимизировали параметры полупроводниковой структуры. Новая технология позволяет моделировать трудновоспроизводимые в природе квантовые эффекты прямо в ходе эксперимента.