Немецкие ученые с зарубежными коллегами изучили динамику электронов в графене под действием магнитного поля. Их исследование может помочь в создании нового типа лазеров, сообщили авторы в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

Графен является одним из основных материалов для исследований конденсированного состояния вещества в современной физике. Это обусловлено его необычными свойствами. Прочность графена намного выше, чем у стали, а тепло и электричество он проводит гораздо эффективнее меди.

Сам графен является одной из модификаций углерода и представляет собой двумерный материал толщиной в один атом углерода. При его помещении в магнитное поле электроны в кристаллической решетке соединения занимают особые энергетические состояния, называемые уровнями Ландау.

Исследователям удалось, по их словам, подробно исследовать динамику электронов в зависимости от величины магнитного поля. Для этого физики использовали поле с индукцией до семи тесла. Это сравнимо с индукцией магнитного поля в солнечных пятнах.

Физики с помощью лазера на свободных электронах наблюдали перераспределение частиц по энергетическим уровням. Уровни, на которых должны были бы оказаться электроны после облучения, оказались пустыми. Ученые связали это с проявлением эффекта Оже: заполнением электронами с вышележащих оболочек нижних уровней для достижения наиболее выгодного энергетического состояния (с минимальной энергией).

«Представьте себе библиотекаря, которая сортирует книги в шкафу из трех полок. За раз она переставляет одну книгу с нижней полки на среднюю. Одновременно ее сын-помощник со средней полки берет уже две книги и перекладывает одну из них на верхнюю, а другую — на нижнюю. Получается, что число книг на средней полке уменьшается, как того хочет сын, несмотря на то что усилия матери направлены на увеличение их числа», — прокомментировал результаты исследования один из авторов.

Новое открытие может быть использовано для разработки лазера, который будет генерировать свет с произвольно регулируемой длиной волны в инфракрасном и терагерцовом диапазонах, полагают ученые.