Обычный кристалл — как многоквартирный дом: электроны в нём движутся по общим коридорам и лестницам, влияя друг на друга через стены. А теперь уберём все стены, оставив одну-единственную линию квартир. Как поведут себя жильцы?
Водород тут ни при чём, зато коллективное поведение электронов выходит на первый план. В тонких кристаллах, где атомы выстроены в одну линию, электроны могут образовать «волну» — периодическое сгущение заряда, которое движется вдоль цепочки. Такое явление называют волной зарядовой плотности. Раньше его наблюдали только в толстых образцах, где соседние цепочки мешают друг другу.
Теперь физики изолировали одиночные цепочки атомов ниобия и серы внутри углеродной нанотрубки — как провод в изоляции. В одиночной цепочке волна оказалась с другим шагом: сгущения заряда повторяются через каждые четыре атома, а не через три, как в толстом кристалле. Это значит, что в истинно одномерной системе электроны ведут себя иначе, чем в объёмном материале.
Такие одномерные системы — не просто курьёз. Они помогают понять, как электроны взаимодействуют в самых тонких проводниках, которые могут стать основой будущей электроники. Ведь если мы научимся управлять волнами заряда в одиночных атомных цепочках, то откроем путь к устройствам, где ток течёт без потерь и с невиданной точностью.
Углеродная нанотрубка, в которую поместили цепочку атомов, в 50 000 раз тоньше человеческого волоса.