Электроны в графене преодолели энергетический барьер с вероятностью до 100%

Физики из Германии с помощью сверхбыстрой съёмки увидели, как электроны в графене перескакивают через энергетическую щель с вероятностью до 100%

Работу провели физики Регенсбургского и Марбургского университетов и Юлихского исследовательского центра, результаты опубликованы в Nature. Графен облучали мощными инфракрасными импульсами, а затем импульсами экстремального ультрафиолета, которые выбивали электроны из материала. Специальный микроскоп измерял их энергию и импульс с разрешением менее 10 фемтосекунд — это лишь доля одного колебания световой волны.

Прежние методы позволяли так снимать лишь малую часть возможных состояний электронов, новый охватывает более чем в сто раз больше. Учёные увидели, как поле световой волны одновременно сдвигает электроны и меняет форму их «облака». Так проявились переходы Ландау — Зенера — Майораны: если быстро провести частицу через точку, где сближаются два уровня энергии, она может перескочить на верхний уровень вместо того, чтобы остаться на нижнем. Напрямую увидеть этот эффект в движении электронов прежде не удавалось.

Главный результат — электроны пересекали энергетическую щель в графене с вероятностью до 100%. Кроме того, удалось оценить, как столкновения разного рода сбивают управляемое светом движение электронов: порядок нарушается в среднем примерно за 9 фемтосекунд, но благодаря большой скорости электроны успевают пройти почти 10 нанометров.

Графен удобен для таких опытов: электроны в нём очень быстрые, а сам он выдерживает мощное излучение. На нём уже показали первые логические элементы, которыми управляет световая волна. Понимание этих переходов нужно для такой электроники, а также для квантовых вычислений и квантовых датчиков.

Ранее по теме: В МФТИ впервые увидели, как электроны проходят через атом группами

Источник: Nature