Это сообщение будет дополнено более подробным объяснением работы, удостоенной Нобелевской премии, в четверг, 9 октября.
Столкнувшись с барьером, классический объект отскакивает назад, но квантовая частица может выйти с другой стороны. Так называемое квантовое туннелирование объясняет множество явлений: от прыжков электронов в полупроводниках до радиоактивного распада в ядрах. Однако туннелирование не ограничивается субатомными частицами, что и было подчёркнуто Нобелевской премией по физике этого года.
Лауреаты премии — Джон Кларк из Калифорнийского университета в Беркли, Мишель Деворе из Йельского университета и Джон Мартини из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре — продемонстрировали, что большие объекты, состоящие из миллиардов частиц, также могут туннелировать через барьеры. Используя сверхпроводящую схему, физики показали, что сверхпроводящие электроны, действуя как единое целое, туннелируют через энергетический барьер между двумя состояниями напряжения. Эта работа открыла поле сверхпроводящих схем, которые стали одной из перспективных платформ для будущих квантовых вычислительных устройств.
— Майкл Ширбер
Майкл Ширбер — ответственный редактор журнала Physics Magazine, базируется в Лионе, Франция.
Графен
Графен, однослойный материал из атомов углерода, расположенных в виде шестиугольной решётки, является одним из наиболее изученных двумерных материалов. Покрытие твёрдых подложек графеном может изменить их поверхностные свойства, такие как трение и адгезия.
Хотя графен почти прозрачен для видимого света, он также может уменьшать — или «экранировать» — слабые короткодействующие силы, известные как взаимодействия Ван-дер-Ваальса (ВДВ). Однако сила этого эффекта была предметом дискуссий. Теперь Чжаохэ Дай из Пекинского университета и его коллеги прояснили картину, сообщив о прозрачности — или отсутствии экранирования — до 85% с помощью экспериментов и теории. Их результаты опровергают предыдущие исследования, которые предполагали, что графен почти полностью экранирует взаимодействия Ван-дер-Ваальса.
Чжаохэ Дай и его коллеги использовали атомно-силовой микроскоп с изготовленной на заказ коллоидной сферой в качестве зонда. Благодаря чётко определённой геометрии зонда они смогли получить более точные и согласованные результаты по сравнению с более ранними исследованиями с нерегулярными зондами. Измеряя интерфейсные силы при приближении зонда к графену, исследователи пришли к выводу, что от одного до пяти слоёв графена могут экранировать от 15% до 50% взаимодействий Ван-дер-Ваальса.
Интересно, что они также обнаружили, что для отсоединения объекта от неподдерживаемого слоя графена требуется больше энергии, чем от подложки. Результаты согласуются с теоретическими расчётами, показывая, что взаимодействия Ван-дер-Ваальса — это не просто сумма вкладов графена и подложки, а комбинация более сложных контактных механизмов и эффектов многих тел.
Дай говорит, что это исследование проясняет и углубляет понимание того, как объединяются взаимодействия Ван-дер-Ваальса в слоистых материалах. «Это будет определять проектирование новых наномеханических систем на основе двумерных материалов», — добавляет он.
— Тяньхань Лю
Тяньхань Лю — заместитель редактора журналов Physical Review Letters и Physical Review Materials.