Лист графена — решётка из атомов углерода, похожая на пчелиные соты. Электроны в нём носятся так быстро, будто у них нет массы, как у света. Когда на такой лист падает мощный лазерный импульс, электроны получают пинок и начинают разгоняться. Их путь можно сравнить с дорогой, на которой иногда встречаются шлагбаумы — запрещённые зоны. Раньше считалось, что электрон не может пройти сквозь такой шлагбаум, но в сильном поле он проскакивает, как акробат под опускающейся перекладиной.
Учёные впервые сняли этот танец на видео с невероятной скоростью — один кадр длится аттосекунду (миллиардную долю миллиардной доли секунды). Они увидели, как электроны, разгоняясь, налетают на край зоны Бриллюэна — границы разрешённых состояний — и отражаются, словно мяч от стены. При этом часть электронов успевает проскочить в соседнюю зону, и это меняет их распределение по скоростям.
Такая картина движения помогает понять, как свет управляет свойствами материалов. Электроны в графене после импульса оказываются далеко от теплового равновесия: одни летят быстро, другие медленно, и это распределение можно использовать для сверхбыстрой электроники. Исследователи также увидели, как рассеяние на дефектах и столкновения между электронами постепенно возвращают систему к обычному состоянию. Этот процесс — как толпа после концерта: сначала все бегут в разные стороны, но постепенно движение становится беспорядочным и спокойным.
Графен прочнее стали, но при этом настолько тонкий, что один грамм такого материала можно растянуть на футбольное поле.