Sam Jarman tərəfindən , Phys.org

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kəsrli kvant Holl izolyatorunun faz diaqramı. Müəllif: Heonjoon Park və başqaları.

ABŞ tədqiqatçılarından ibarət bir qrup, enerjisini istiliyə itirmədən, elektrik enerjisini fraksiya yüklü kənarları boyunca keçirə bilən bir cihaz təqdim etdi. Vaşinqton Universitetində Xiaodong Xu tərəfindən idarə olunan bu iş, uzun müddətdir axtarılan maddə halı olan və gələcək kvant texnologiyaları üçün ümidverici nəticələrə malik “dissipasiyasız fraksiyalı Chern izolyatorunun” ilk nümayişidir.

Kvant Holldan fraksiya fazalarına

Kvant Holl effekti, elektronlar ikiölçülü bir materialla məhdudlaşdıqda, son dərəcə aşağı temperaturlara qədər soyudulduqda və güclü maqnit sahələrinə məruz qaldıqda ortaya çıxır. Klassik Holl effekti kimi, bu da cərəyan axınının istiqamətinə dik olan bir material üzərində gərginliyin necə inkişaf etdiyini təsvir edir. Lakin bu halda, həmin gərginlik diskret və ya kvantlaşdırılmış addımlarla artır.

Daha ekstremal şəraitdə isə “fraksiya kvant Holl” (FQH) effekti adlanan ekzotik bir variant ortaya çıxır. Burada elektronlar artıq müstəqil hissəciklər kimi davranmır, əksinə kollektiv şəkildə hərəkət edir və elektronun yükünün fraksiyalarına uyğun gərginlik pillələri əmələ gətirir. Bu qeyri-adi kollektiv davranış bir çox ekzotik xüsusiyyətləri ortaya çıxarır və bu cür halları xüsusilə inkişaf etməkdə olan kvant texnologiyaları üçün cəlbedici edir.

Kəsr davranışını sıfır sahəsinə gətirmək

Kəsrli Çern izolyatorlarında (Kİİ) daha qəribə bir ehtimal yaranır. Bu materiallar, FQH effekti kimi, lakin sıfır maqnit sahəsində kəsrli kvantlanmış Hall siqnalı nümayiş etdirə bilər. Kİİ-lər ilk dəfə on ildən çox əvvəl təklif olunsa da, onların “kəsrli kvant anomal Hall” (KKA) effekti kimi tanınan müəyyənedici davranışı ilk dəfə 2023-cü ildə Xu qrupu tərəfindən eksperimental olaraq nümayiş etdirilib. Burada tədqiqatçılar diqqətlə seçilmiş bucaq altında bir-birinə nisbətən bükülmüş iki qat molibden ditelluriddən hazırlanmış cihazlardan istifadə ediblər.

Xu xatırlayır: “FQAH effektinin ilkin kəşfi həyəcanverici idi, lakin mükəmməllikdən çox uzaq idi. Məsələn, Hall müqaviməti gözlənilən dəyərdə ölçülsə də, yox olması gözlənilən uzununa müqavimət hələ də nəzərə çarpırdı.”

Mühəndislik təmizləyicisi, daha yüksək keyfiyyətli cihazlar

Bu davam edən müqavimət enerjinin dağılmasına işarə edirdi, burada elektrik enerjisi yüklər materialdan keçdikcə istilik kimi itirilir. Son tədqiqatlarında Xu və həmkarları cihazın performansını iki əsas sahədə yaxşılaşdırmaqla bu problemi həll etdilər.

Birincisi, əsas kristalların özlərinin böyüməsinə yönəlmişdi. “Həmkarım Jiun-Haw Chu və birgə postdoktorumuz Chaowei Hu üfüqi axının böyüməsinin kristal keyfiyyətini kəskin şəkildə yaxşılaşdırdığını aşkar etdilər”, – deyə o bildirir. “Orijinal 2023-cü il tədqiqatında istifadə edilən kristallarla müqayisədə yeni yanaşma yük daşıyıcılarının hərəkətliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırdı.”

“İkincisi, tələbəm Heonjoon Park, başqaları ilə birlikdə, burulma bucağı pozğunluğunu azaltmaq üçün cihazın istehsal prosesini daha da təkmilləşdirib.”

Dağılmayan kənar keçiriciliyinə çatmaq

Bu təkmilləşdirmələrin tətbiqi ilə tədqiqatçılar sistem elektron zolağın üçdə ikisinin doldurulmasına uyğun bir vəziyyətə gətirildikdə istənməyən müqavimətin demək olar ki, yoxa çıxdığını müşahidə etdilər. Nəticə, elektrik enerjisinin kənarlar boyunca istilik itkisi olmadan axdığı dağılmayan FCI-nin ilk reallaşmasını təmsil edir.

Daha təmiz cihazlar sistemin istilik aktivləşmə boşluğunda gözlənilməz bir davranış da aşkar etdi: əsas kütlə vəziyyətini ən aşağı həyəcanlanmış vəziyyətlərindən ayıran enerji. Bu boşluq çox kiçikdirsə, istiliklə həyəcanlanmış toplu elektronlar kənar vəziyyətlərlə rəqabət apara bilər və bu da cihazın performansını aşağı salır.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Çaşdırıcı enerji boşluğu və gələcək perspektiv

Xu deyir: “Təəccüblü haldır ki, fraksiya vəziyyətinin istilik aktivləşmə boşluğunun maqnit sahəsi artdıqca sürətlə azaldığını və sonra müəyyən bir maqnit sahəsinin gücündən yuxarı qalxdığını aşkar etdik. Bu, FQH vəziyyətləri ilə ziddiyyət təşkil edir, burada maqnit sahəsinin vəziyyəti formalaşdırmaq və enerji boşluğunun gücünü artırmaqla daha da gücləndirmək üçün lazım olduğu bildirilir.”

Komandanın nəzəriyyəsi göstərir ki, bu qeyri-adi trendin elektron spini və yükü ilə əlaqəli müxtəlif növ aşağı enerjili həyəcanlar arasındakı rəqabətdən qaynaqlandığı və hər birinin FQAH sistemində aktivləşməsi üçün müxtəlif miqdarda enerji tələb etdiyi bildirilir.

Gələcəyə baxanda, Xu və həmkarları daha da yaxşı performansa doğru açıq bir yol görürlər. “Kvant Hall icması son 40 ildə nümunə keyfiyyətini yaxşılaşdırmaqla dəfələrlə irəliləyişlər əldə edib”, – deyə o bildirir. “Bu təcrübəyə əsaslanaraq, ümid edirik ki, bu yeni platformada irəliləyiş daha da sürətli olacaq və qarşıda hansı yeni sürprizlərin olacağını görmək üçün səbirsizliklə gözləyirik.”

Müəllifimiz Sam Jarman tərəfindən sizin üçün yazılıb — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Nəşr detalları

Heonjoon Park və digərləri, Dissipasiyasız fraksiyalı Çern izolyatorunun müşahidəsi, Təbiət Fizikası (2026). DOI: 10.1038/s41567-025-03167-2

Jurnal məlumatları: Təbiət Fizikası 

Əsas anlayışlar

Elektrik xüsusiyyətləriKvazipartiküllər və kollektiv həyəcanlarMaddənin topoloji fazalarıNəqliyyat hadisələri1 ölçülü sistemlərGüclü korrelyasiyalı sistemlərTopoloji materiallar

© 2026 Science X Network