Слой электронов, запертый между двумя пластинами полупроводника, при низкой температуре выстраивается в аккуратную решётку — как бусины на нитке, натянутой между пальцами. Стоит температуре подняться, и порядок рушится: кристалл плавится. Но как именно он тает, долго оставалось загадкой.

Исследователи взяли сверхчистый кристалл арсенида галлия с квантовой ямой — тонким слоем, где электроны могут двигаться только в плоскости. В сильном магнитном поле электроны собрались в «пузырьки» — группы, которые упорядочились в решётку. Через образец пропускали ток и следили, при какой температуре исчезает порядок. Оказалось, что плавление начинается с появления пар дефектов — крошечных вихрей в решётке, похожих на две закрученные воронки в воде. Эти пары отрываются друг от друга, и кристалл рассыпается.

Расчёт с учётом этих вихрей дал температуру плавления, которая совпала с экспериментом для разных уровней Ландау — «ступенек» энергии электронов в магнитном поле. Совпадение не приблизительное, а количественное: где теория говорит «здесь ещё кристалл», там и ток течёт как через твёрдое тело, а где «уже жидкость» — сопротивление меняется. Это значит, что дефекты действительно управляют плавлением электронного кристалла.

Такой подход можно перенести на другие электронные кристаллы, например на вигнеровский кристалл в скрученных слоях графена. Понимание того, как тают эти структуры, поможет создавать более стабильные электронные устройства будущего.