«Представьте, что мы могли бы построить каток для электронов, и электроны должны были бы двигаться по поверхности; они не могли двигаться вверх и вниз, поэтому им просто приходилось кататься на коньках друг вокруг друга», — сказал Майкл Манфра, Билл и Ди О’Брайен, профессор кафедры физики и астрономии в Purdue. "Когда вы охлаждаете их до очень низких температур и помещаете в магнитное поле, они как бы синхронизируются друг с другом; они выстраиваются в линию, как солдаты на поле битвы."
Команда Purdue использовала метод выращивания высокой чистоты, называемый молекулярно-лучевой эпитаксией, чтобы вырастить полупроводниковый материал (арсенид галлия), который удерживает электроны в двумерном слое. Затем они охладили образец почти до абсолютного нуля в холодильнике для разбавления. Датчиками напряжения по длине проводника измеряется сопротивление, которое является функцией температуры и магнитного поля.
Исследователи считают, что они вызвали переход из нематического состояния в смектическое. Для этого условия должны быть идеальными — очень холодно, на очень чистой поверхности, в перпендикулярном магнитном поле.
«При высоких температурах это выглядит изотропным, как будто электроны беспорядочно танцуют друг вокруг друга», — сказал Манфра. "Когда он начинает остывать, электроны собираются в столбцы, и мы видим, как сопротивление растет и достигает максимума.
Затем, когда мы переходим к очень низким температурам, он снова переворачивается. Это указывает на переход от нематической к смектической фазе."
Эти результаты не являются тем, что команда изначально искала — это было случайное открытие, которое помогает им лучше понять, как электроны взаимодействуют друг с другом в контролируемой среде. Так часто происходят открытия в физике; в правильных условиях могут произойти случайные события.
Джефф Гарднер и аспирант Саид Фаллахи вырастили материал, который позволял электронам вести себя так, как если бы они находились в двухмерной плоскости. Аспиранты Ци Цянь и Джеймс Накамура провели эксперимент.
Все они являются членами группы Quantum Semiconductor Systems Group в Центре нанотехнологий Бирка в парке открытий Пердью.