دانشمندان دانشگاه کلمبیا توانسته‌اند یک پدیده الکتریکی عجیب معروف به اثر هال کوانتومی جزئی، را در صفحات گرافن مشاهده کنند. در این پدیده الکترون‌ها برای ایجاد ذرات جدیدی با بارهای الکتریکی که کسری از بار الکتریکی الکترون‌های منفرد هستند؛ با هم عمل می‌کنند.
مشاهده اثر هال کوانتومی در گرافن
دانشمندان دانشگاه کلمبیا توانسته‌اند یک پدیده الکتریکی عجیب معروف به اثر هال کوانتومی جزئی، را در صفحات گرافن مشاهده کنند. در این پدیده الکترون‌ها برای ایجاد ذرات جدیدی با بارهای الکتریکی که کسری از بار الکتریکی الکترون‌های منفرد هستند؛ با هم عمل می‌کنند.
دانشمندان در گذشته رفتار جامدات و گازهای دوبعدی را مطالعه کرده‌اند. آنها با پیوند دو نیمه‌رسانای مختلف توانسته‌اند محیطی نزدیک به یک گاز الکترونی دوبعدی ایجاد کنند. موقعی که چنین سیستمی تا دمای کمتر از یک درجه بالای صفر مطلق سرد شود و یک میدان مغناطیسی قوی به آن اعمال شود، اثر هال کوانتومی جزئی را نمایان می‌کند.
از پنج سال پیش که گرافن کشف شده‌بود، تاکنون محققان تلاش کرده‌اند که این اثر را در گرافن مشاهده کنند، ولی موفقیت جزئی کسب کرده‌اند. اکنون محققان دانشگاه کلمبیا متوجه شده‌اند که دخالت در سطحی که گرافن روی آن رسوب می‌کند، مشکل است. بنابراین آنها برای مشاهده این اثر، روش‌های لیتوگرافی نیمه‌رسانا را برای معلق‌کردن صفحات گرافن فوق‌العاده تمیز بین پایه‌های میکروسکوپی بالای سطح تراشه‌های نیمه‌رسانا؛ بکار بردند. هنگامی که آنها این سیستم را تا ۶ درجه بالای صفر مطلق سرد کردند و به آن یک میدان مغناطیسی اعمال کردند؛ گرافن مطابق با آنچه تئوری پیش‌بینی می‌کرد، یک اثر هال کوانتومی قوی تولید کرد.
الکترون‌ها در گرافن دریای بسیار نازکی از بارهای الکتریکی تشکیل می‌دهند، هنگامی که میدان مغناطیسی اعمال می‌شود، گرداب‌هایی در سیال الکترونی ایجاد می‌شود. به دلیل اینکه الکترون‌ها دارای بار منفی هستند، این گرداب‌ها بار مثبت دارند و بارشان کسری از بار یک الکترون است. این حامل‌های بار مثبت جذب الکترون‌های باند هدایت شده و شبه‌ذراتی با بارهای جزئی ایجاد می‌کنند.
نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nature منتشر شده است.
