Квантовая точка — это ящик настолько маленький, что электрон внутри неё не может иметь любую энергию, а только строго определённые значения, как ступеньки лестницы. На каждой ступеньке может поместиться несколько электронов, но сколько именно — вопрос. Если ступенька двойная, на неё встанут двое, если одинарная — только один. Раньше, чтобы это выяснить, точку нагревали или ловили каждый проходящий электрон по отдельности. Оба способа капризны.
Новый метод проще. Через точку пропускают электрический ток и смотрят, как он меняется, когда на лестницу добавляют очередной электрон. Каждый раз, когда заполняется новая ступенька, ток делает заметный шаг. По размеру этих шагов можно понять, сколько мест было на ступеньке. Это как считать людей в автобусе не по головам, а по тому, насколько он проседает, когда пассажиры заходят.
Метод испытали на точках из двух материалов — графена и арсенида галлия. В графене увидели, что первые 13 электронов заполняют уровни по строгому расписанию. В арсениде галлия, где точек можно сделать две рядом, обнаружили, что при сближении точек уровни энергии расщепляются: одна ступенька превращается в две. Для двух электронов это дало сразу четыре места — то, что раньше не удавалось разглядеть никаким другим способом.
Теперь, чтобы узнать, сколько электронов может занять один уровень энергии в сложной квантовой системе, не нужно её нагревать или ставить сверхчувствительные детекторы. Достаточно пропустить ток и посмотреть, как он откликается. Лестница сама рассказывает, сколько ступенек и насколько они широки.
В графеновой квантовой точке при заполнении наполовину электроны выстраиваются в самое спокойное состояние — как пассажиры, которые рассаживаются в пустом автобусе по одному у окна, избегая соседей.