Эта прорывная работа принадлежит исследователям из Великобритании, Испании, США и Японии. Они смогли добиться в графеновых структурах устойчивого самоусиления электрического тока через создание электрических частиц из пустоты. Это явление предугадал физик Джулиан Швингер еще 70 лет назад на основе формул квантовой электродинамики. До сих пор считалось, что в земных условиях его воспроизвести невозможно.

Интересно Для квантовых компьютеров нашли новую основу – лучше и стабильнее, чем обычные кубиты

Что такое Эффект Швингера

  • Суть эффекта Швингера состоит в том, что сверхмощное электрическое поле будто разрывает вакуум на пару частиц – электрон и позитрон.
  • Законы сохранения при этом не нарушаются, так как электрон и позитрон зеркально противоположны друг другу по электрическому заряду и другим свойствам, а энергию для появления частиц дает электрическое поле.
  • Это все равно, что "разложить ноль" на 1 и -1, в сумме все равно выходит ноль.
  • Пары "частица-античастица" постоянно рождаются из вакуума, но в обычных условиях они в тот же миг взаимоуничтожают друг друга (аннигилируют), возвращая энергию обратно в вакуум. В итоге – ничего.
  • Если это случится в сверхмощном электрическом или магнитном поле – его энергии хватит, чтобы частицы не уничтожались сразу, а успели разлететься в стороны достаточно далеко, чтобы не аннигилировать.
  • В природе магнитные поля такой силы можно наблюдать в нейтронных звездах редкого типа – магнетарей.
  • Их магнитное поле примерно в 80 миллионов раз сильнее того, которое когда-либо смог создать в лаборатории человек.
  • Графен, слой углерода толщиной в один атом, позволил создать электрическое поле сопоставимой силы и вызвать эффект Швингера в лабораторных условиях.

На помощь приходит графен

Для достижения результата физики использовали графеновые суперрешетки, составленные особым образом. На них подавали очень сильный электрический ток и в графене из ниоткуда начали появляться дополнительные частицы-носители заряда, которые делали ток еще сильнее – электроны и позитроны.

Наблюдая этот эффект, исследователи довели скорость электронов до тысячи километров в секунду – сила тока превысила максимально возможную для любого вещества, однако графен неожиданно выдерживал такой ток.

Физики говорят, что хотели посмотреть, что произойдет, если поднять ток на максимум. Они надеялись выявить сверхпроводимость в своих графеновых решетках, но получили совсем другое явление эффект Швингера – самоусиление тока через рожденное им же электрическое поле.

Что дальше

Открытие может привести к созданию электронных устройств с характеристиками, невозможными для обычных материалов. Однако, обращают внимание ученые, произойдет это точно не в обозримом будущем. Хотя бы потому, что создание чистого графена по-прежнему – очень дорогое удовольствие.