Физики сняли туннелирование Ландау–Зенера–Майорана в графене по всей зоне Бриллюэна
Исследователи из Регенсбурга, Марбурга и Юлиха проследили за электронами в графене в поле света с аттосекундной точностью по всей первой зоне Бриллюэна.
Исследователи из Регенсбургского университета, Университета Филиппса в Марбурге и Исследовательского центра Юлиха записали, как электроны в графене совершают неадиабатическое туннелирование Ландау–Зенера–Майорана между зонами, говорится в статье Nature 2026 года nature.com
Naturenature.comОткрыть источник ↗. Метод, получивший название субцикловой видеографии зонной структуры, обладает аттосекундной точностью и охватывает всю первую зону Бриллюэна. Прежние субцикловые измерения ограничивались малыми импульсами электронов.
Метод и прибор
Ключевой прибор — фотоэмиссионный импульсный микроскоп. Он не строит увеличенное изображение поверхности, а измеряет энергии и импульсы электронов, по которым строятся карты распределения электронов по энергетическим состояниям. Команда совместила эти измерения с сильными световыми полями, колеблющимися с огромной скоростью, так что электроны одновременно приводились в движение и регистрировались. Первый автор Винсент Эггерс пояснил, что нужно наблюдать как можно больше электронов сразу, чтобы поймать те, которые совершают переход в движении.
Образцами служил исключительно чистый однослойный графен, изготовленный в Исследовательском центре Юлиха. Авторы также использовали «повёрнутый» графен: по словам Штефана Таутца из Юлиха, он позволяет квантовой динамике проявиться особенно ясно.
Что показали измерения
В дираковоподобной зонной структуре графена ускорение электронов сильным полем сочетается с периодическим межзонным туннелированием. Это проявляется как когерентное субцикловое смещение и искажение распределения носителей на границе зоны Бриллюэна nature.com
Naturenature.comОткрыть источник ↗. Авторы сообщили, что в достаточно сильных полях вероятность перехода достигала 100 процентов. Решающим фактором служит то, как быстро электроны приближаются к щели под действием поля; этим процесс отличается от обычного туннелирования через барьер в реальном пространстве.
Распределения электронов оказались крайне неравновесными, что позволило авторам разделить конкурирующие процессы рассеяния и оценить их влияние на когерентное управление электронами. По данным сообщения, сначала электроны движутся упорядоченно, но взаимодействие с кристаллической решёткой постепенно нарушает это движение. Исследователи ожидают, что метод подойдёт и для других квантовых материалов. Они отмечают, что эти знания важны для электроники, в которой электронами управляют колебания света, а не электрические напряжения.
