Автор: Принстонский университет.
Команда ученых из Принстонского университета измерила энергию электронов в новом классе квантовых материалов и обнаружила, что они следуют фрактальной структуре. Фракталы — самоповторяющиеся узоры, встречающиеся в природе, например, в снежинках или береговых линиях.
Квантовая версия фрактального узора, известного как «бабочка Хофштадтера», была предсказана давно, но новое исследование знаменует собой первый случай его прямого экспериментального наблюдения в реальном материале. Это исследование прокладывает путь к пониманию того, как взаимодействия между электронами, которые не были учтены в теории, первоначально предложенной в 1976 году, приводят к появлению новых особенностей в этих квантовых фракталах.
Работа стала возможной благодаря уникальной технике укладки двух листов углерода, создающих узоры, напоминающие муаровый узор. «Эти муаровые кристаллы обеспечили идеальные условия для наблюдения спектра Хофштадтера», — отметил Али Яздани, руководитель группы.
«Бабочка Хофштадтера» демонстрирует фрактальный энергетический спектр электронов в двумерных кристаллах под воздействием магнитного поля. Исследователи не ставили целью визуализировать этот феномен — открытие произошло случайно во время эксперимента по изучению сверхпроводимости в скрученном графене. С тех пор команда стремится разгадать природу сверхпроводимости в этих материалах.
Фрактальная структура, известная как «бабочка Хофстедтера». Фото: Группа Яздани
Дополнительная информация: Kevin P. Nuckolls et al, Spectroscopy of the fractal Hofstadter energy spectrum, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08550-2
Источник: Hofstadter’s butterfly: Quantum fractal patterns visualized