ثلاثة أصوات تندمج في وتر واحد. في فيزياء المواد الكمومية، يكتسب هذا التعبير معنى حرفيًا: ثلاث طبقات من الغرافين، مفصولة بفواصل رقيقة، تجعل الإلكترونات والثقوب من طبقات مختلفة تتحرك كسائل واحد. مكثف إكسيتوني هو حالة تتدفق فيها أزواج الإلكترون-ثقب دون مقاومة، وقد لوحظ سابقًا فقط في أنظمة ثنائية الطبقة. الآن أظهر فيزيائيون صينيون أن الترابط يمكن أن يوحد ثلاث طبقات إلكترونية مستقلة في آن واحد.
تم تجميع ساندويتش من ثلاث طبقات أحادية من الغرافين مع فواصل من نيتريد البورون السداسي بسمك 1.3 و 2 نانومتر. وُضعت في الأعلى طبقة أحادية من ثنائي كبريتيد التنجستن (WSe2)، التي تعمل إكسيتونات ريدبيرغ فيها، وهي حالات مثارة شبيهة بالهيدروجين ذات نصف قطر كبير، كمجس بصري فائق الحساسية. تستشعر هذه الإكسيتونات الشحنة في الطبقات المجاورة عبر التفاعل الكولومبي، ويضمحل استجابتها مع المسافة، مما يسمح بالتمييز بين مساهمات الطبقات المختلفة. عند درجة حرارة 1.8 كلفن ومجال مغناطيسي 9 تسلا، قُيس تباين الانعكاس مع مسح التعبئة ومجال الإزاحة.
عند ضبط الإزاحة ومجال الاستبدال، تتقارب القنوات الزوجية الثلاث إلى نقطة مشتركة حيث تكون مستويات جميع الطبقات شبه منحلة. هناك، تبقى الحالة غير القابلة للانضغاط محفوظة، وتأخذ طاقة إكسيتون 2s ووزنه الطيفي قيمًا وسيطة بين الحدود الزوجية. يشير هذا إلى حالة ثلاثية المكونات موحدة، وليس مزيجًا من أزواج مستقلة. في السابق، كان من غير الواضح ما إذا كان يمكن تحقيق حالة مترابطة توحد ثلاث طبقات إلكترونية مستقلة، وكيفية كشفها. الآن، ولأول مرة، تم الحصول على أدلة بصرية على مثل هذا المكثف.
تشكل طبقات الغرافين الثلاث سائلًا كموميًا واحدًا بطورين، تمامًا كما تحتفظ الأصوات الثلاثة في الوتر بفرادتها ولكنها تبدو مندمجة. يمكن توسيع البنية لعدد أكبر من الطبقات، مما يخلق بُعدًا اصطناعيًا قابلاً للبرمجة بطاقات وروابط قابلة للضبط. سيسمح ذلك بنمذجة نماذج شبكية شديدة الارتباط والبحث عن أطوار غريبة مثل السيولة الفائقة الأنيونية أو حالات كسرية بشحنة غير نسبية. يمكن تكييف المجس البصري القائم على الإكسيتونات لتصوير مخططات الطور في الزمن الحقيقي.
إكسيتونات ريدبيرغ في WSe2 حساسة جدًا لدرجة أنها تميز طبقات الغرافين المفصولة بـ1.3 نانومتر فقط: وهذا أنحف بعشرات الآلاف من المرات من شعرة الإنسان. عند مجال مغناطيسي 9 تسلا، يبلغ الطول المغناطيسي (الحجم المميز لمدار الإلكترون) حوالي 8.5 نانومتر، وهو مماثل للمسافة بين الطبقات.
فكرة الحالة المترابطة من ثلاثة مكونات تذكّر بـ«تريكورديا» في مسلسل «ستار تريك»: كائن بثلاث شخصيات مستقلة تعمل ككيان واحد. في الفيزياء، تشكل طبقات الغرافين الثلاث سائلًا كموميًا واحدًا بطورين، تمامًا كما توحد التريكورديا ثلاثة عقول.