
Физики из США и Японии впервые напрямую «увидели» преломление электронов под
отрицательными углами — явление, аналогичное поведению света в средах с
отрицательным коэффициентом преломления. Необычный физический эффект наблюдался
в графене, слое графита толщиной в один атом. По словам ученых, с его помощью
можно добиться создания «электронных линз» на чипе, которые помогут сделать
миниатюрными электронные микроскопы. Исследование опубликовано
в журнале Science, кратко о нем сообщает
пресс-релиз Колумбийского университета.
Когда волны (например, света) пересекают границу двух сред, происходит
явление преломления. Оно связано с тем, что скорость распространения волн в
разных средах отличается — это изменяет направление луча света. Подобное изменение
скоростей описывается с помощью показателей преломления — соотношений между
скоростью света в среде и вакууме. Угол, под которым преломляется луч света,
определяется из отношения показателей преломления.
Около полувека назад советский физик Виктор Веселаго описал оптические
свойства среды, у которой показатель преломления был бы отрицательным. Эта
работа была чисто теоретической и предсказывала необычные свойства у таких
объектов. Например, плоская пластинка из такого материала могла сфокусировать
свет, испущенный точечным источником. Позднее оказалось, что создать материалы
с отрицательным коэффициентом преломления сложно, но возможно. 
Однако волновой природой обладают не только фотоны — кванты света. Точно
так же, благодаря корпускулярно-волновому дуализму, могут вести себя электроны. Такую
их природу можно увидеть, например, в двумерном электронном газе — ситуации,
когда электроны могут свободно перемещаться внутри плоскости. При этом частицы
двигаются по прямолинейным траекториям, не рассеиваясь — такое движение
называется баллистическим. 
Если электрон пересекает границу двух материалов с разными типами
проводимости, характер баллистического движения меняется — возникает
преломление. Примером таких границ могут быть p-n переходы в полупроводниках,
использующихся в солнечных батареях, транзисторах и других устройствах. Физики
предсказали, что на таких границах тоже должно наблюдаться «отрицательное»
преломление, к тому же создавать такие переходы гораздо проще, чем оптические
материалы с отрицательным коэффициентом преломления. Но из-за существования
энергетической щели (запрещенной зоны) в традиционных полупроводниковых
материалах электрон рассеивается на границе — его преломление наблюдать не
удается.
