Во внешнем магнитном поле B на электроны, участвующие в переносе электрического тока, действует сила Лоренца, поэтому они отклоняются в направлении, перпендикулярном как полю, так и току. Скапливаясь на краях образца, электроны создают поперечное электрическое поле, компенсирующее силу Лоренца. При этом возникает электрическое напряжение, то есть появляется конечное сопротивление R_H, называемое холловским в честь Эдвина Холла, открывшего данный эффект в 1879 г.. Согласно законам классической физики, величина R_H линейно увеличивается с ростом B. Сто лет спустя Клаус фон Клитцинг обнаружил, что в квазидвумерном проводнике на зависимости R_H от B имеются плато при R_H = h/ne₂ (h – постоянная Планка, e – заряд электрона, n – целое число). Этот эффект получил название целочисленного квантового эффекта Холла. Он возникает из-за квантования движения отдельных электронов в магнитном поле (уровни Ландау). Позже выяснилось, что величина n может быть и дробной, как если бы ток переносили частицы с дробным зарядом – дробный квантовый эффект Холла. Так, собственно, оно и есть, только ток переносят не частицы, а квазичастицы. Тот факт, что их заряд отличается от заряда электрона, есть следствие сильного межэлектронного взаимодействия. Для наблюдения дробного квантового эффекта Холла требуются сверхчистые слоистые полупроводниковые гетероструктуры, а эксперимент проводят при очень низкой температуре.

Рис.1. Кусочек графена, подвешенный между электродами и помещенный в магнитное поле.

Недавно сразу две научные группы практически одновременно обнаружили дробный квантовый эффект Холла с n=1/3 в графене – тончайшем (толщиной всего в один атом) слое углерода. Чтобы избежать образования дефектов при соприкосновении графена с подложкой, ученые "подвешивали" фрагмент графена над подложкой, закрепляя его края на электродах (см. рис.1). Все это стало возможным благодаря разработке в последние годы новых методик изготовления такого "свободного" графена и использованию нестандартной (двухконтактной) геометрии для измерения его сопротивления. Существенно, что дробный квантовый эффект Холла имел место при температурах до 20 К – в 100 раз выше, чем в полупроводниковых гетероструктурах. Наличие этого эффекта в графене свидетельствует о сильных электронных корреляциях. А поскольку электронные состояния в графене ("дираковские фермионы") не такие, как в обычных полупроводниках, то от графена можно, наверно, ожидать и каких- то новых холловских эффектов. Кроме того, использование сканирующего туннельного микроскопа, в принципе, позволяет получить непосредственную экспериментальную информацию о природе дробнозаряженных квазичастиц (в полупроводниковых гетероструктурах этого сделать было нельзя, поскольку там двумерная электронная подсистема находится внутри образца).

Источник информации - заметка Л.Опенова в бюллетене ПерсТ, выпуск 22 за 2009 г.