Слоёный пирог из дисульфида молибдена MoS2 лежит на лабораторном столе. Его готовят привычным способом: клейкая лента отрывает верхние слои, чтобы получить тонкий образец. Но под лентой остаётся невидимая полость, где атомные этажи больше не прижаты друг к другу. Именно там электроны начинают вести себя иначе, чем в толще кристалла.

Электроны в слоистом материале обычно свободно гуляют по всем трём измерениям. Но стоит верхним слоям отслоиться от объёма, как между ними и остальным кристаллом возникает зазор. Электроны попадают в узкую щель, где их движение вверх и вниз ограничено. Такая щель работает как квантовый колодец: в нём разрешены только отдельные уровни энергии, а не непрерывный спектр. Физики увидели эти уровни с помощью ARPES — метода, который выбивает электроны светом и измеряет их энергию и импульс.

Число уровней менялось от образца к образцу: от одного до восьми. Их энергии выстроились в ряд, похожий на ступени лестницы с равными промежутками. Такая закономерность говорит о том, что дно колодца не плоское, а изогнуто, как параболическая чаша. Ширина колодца оказалась крошечной: от 0,6 до 4,9 нанометра. Для сравнения, диаметр молекулы ДНК около 2 нанометров, а здесь в колодце помещается всего один слой MoS2.

Раньше считалось, что механическое отшелушивание не меняет структуру объёмного MoS2. Дополнительные состояния в спектрах списывали на дефекты или ошибки измерений. Теперь ясно: эти состояния возникают из-за отслоения верхних слоёв, которые образуют квантовую яму. Это открытие меняет интерпретацию данных для многих слоистых материалов. Оно также предлагает простой способ создавать квантовые ямы без сложной эпитаксии: достаточно аккуратно отшелушить кристалл.

Слоёный пирог снова на столе. Теперь видно, что между его этажами прячутся невидимые колодцы, где электроны живут на отдельных ступенях энергии. Лента, которая казалась простым инструментом пробоподготовки, на самом деле строит квантовые структуры. И каждый раз, когда физик отрывает слой, он невольно создаёт новую лестницу для электронов.