Найден способ управления движением электронов без внешнего магнитного поля
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) с коллегами доказали, что электроны в двумерных (2D) материалах могут двигаться в поперечном направлении даже при отсутствии внешнего магнитного поля. Такой эффект был показан впервые. Это открытие в будущем поможет усовершенствовать электронные и оптоэлектронные устройства.
В классической модели контроль за движением электронов в поперечном направлении в двумерных системах ранее всегда связывали с наличием магнитного поля. Авторы исследования представили математическую модель, доказывающую способность электронов двигаться в поперечном направлении в двумерных системах даже без магнитного поля. Она основана на точном решении открытой двумерной квантовой системы, в которой электроны взаимодействуют с окружающей средой через линейную связь, с учетом так называемого немарковского эффекта, или эффекта памяти (явление квантовой системы, при котором ее эволюция зависит от ее прошлого). Оказалось, что эффекты связи со средой и немарковости порождают поперечный электрический сигнал даже без внешнего магнитного поля.
«Представьте носители заряда, которые не просто существует сами по себе, а обмениваются энергией с окружающей средой и помнят прошлые взаимодействия. Нам удалось установить, что эти "воспоминания" и корреляции между движениями по координатам x и y приводят к неожиданному эффекту — тому, что электрический ток может возникнуть в поперечном направлении даже без внешнего магнитного поля. Такой эффект был показан впервые, мы дали ему название гальванодиссипативный эффект. По сути, это открытие может помочь нам не только объяснить, почему некоторые 2D-материалы ведут себя иначе, но и научиться управлять этим поведением на наноуровне, используя свойства среды и архитектуру материала», — рассказал один из авторов исследования, профессор отделения математики и математической физики ТПУ Николай Антоненко.
Разработанную математическую модель авторы проверили на графене — самом известном 2D-материале. Они рассчитали его электропроводность и возникающие поперечные электрические поля.
В исследовании приняли участие ученые отделения математики и математической физики Томского политеха, Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) и Института ядерной физики (Узбекистан).