Revolučná technológia osvetlenia: Objavili sa nové cesty vo výskume materiálov!

Revolučná technológia osvetlenia: Objavili sa nové cesty vo výskume materiálov!

Tím fyzikov z Univerzity v Kostnici pod vedením Davida Bossiniho vyvinul pozoruhodnú metódu, ktorá umožňuje meniť vlastnosti materiálov pomocou svetla. Táto inovatívna technika sa zameriava na vybudenie magnetických stavov v materiáloch, čo by mohlo spôsobiť revolúciu v prenose a uchovávaní informácií pri izbovej teplote v rozsahu terahertzov. To by mohlo byť kľúčové pre budúcnosť dátových technológií.

Proces je založený na široko dostupných, prirodzene pestovaných kryštáloch, najmä hematite, a nevyžaduje vzácne materiály. Tento výskum, publikovaný v júni 2025, bol podrobne prezentovaný v časopise „Science Advances“. Myšlienka použitia magnónov, kolektívnych spinových excitácií v magnetických materiáloch, ako nosičov informácií spĺňa rastúci dopyt po nových technológiách na spracovanie veľkého množstva údajov.

Technologické inovácie prostredníctvom magnónov

Doteraz mohli byť magnóny excitované iba v stave s najnižšou frekvenciou. Nový proces však umožňuje presné riadenie frekvencie, amplitúdy a životnosti týchto kvantových častíc. K tomu dochádza prostredníctvom priamej optickej excitácie magnónových párov, čo má za následok netepelné zmeny magnetických vlastností materiálu. Bossini opisuje tento jav ako dočasnú modifikáciu „magnetickej DNA“ materiálu.

Hematit, použitý materiál, má zaujímavý historický význam, pretože sa kedysi používal v námorníctve na kompasy. Výsledky výskumu naznačujú, že svetlom indukované Bose-Einsteinove kondenzáty z vysokoenergetických magnónov sú možné pri izbovej teplote. To by mohlo umožniť výskum kvantových efektov bez zložitého chladenia.

Superprúdy pri izbovej teplote

Samostatný, ale súvisiaci výskum fyzikov pod vedením profesora Dr. Burkarda Hillebrandsa z Technickej univerzity v Kaiserslauterne nedávno dosiahol prelom. Prvýkrát sa im podarilo odhaliť superprúd magnónov pri izbovej teplote. Do tejto štúdie boli zapojení aj teoretickí fyzici z Izraela a Ukrajiny. Tieto zistenia by mohli výrazne zvýšiť efektivitu budúceho spracovania údajov.

Tieto nové supravodiče vykazujú kvantové javy, ktoré sa bežne vyskytujú iba pri teplotách pod bodom mrazu. Hillebrands zdôrazňuje dôležitú úlohu makroskopických kvantových stavov v budúcej technológii, zatiaľ čo výskumníci používajú Bose-Einsteinove kondenzáty na skúmanie zákonov kvantového sveta súvisiaceho so superprúdmi.

Ako kvantové častice spinových vĺn v magnetických materiáloch sa magnóny ľahko vytvárajú, upravujú a detegujú a zároveň spotrebúvajú málo energie. Tento pokrok otvára nové aplikácie v základnom výskume a môže predstavovať alternatívu ku konvenčným polovodičovým technológiám.

Kvantová fyzika a nové materiály

Okrem toho medzinárodný výskumný tím, vrátane univerzity vo Würzburgu, vyvinul špeciálnu formu supravodivosti, ktorá by mohla potenciálne napredovať vo vývoji kvantových počítačov. Supravodiče sú známe tým, že vedú elektrinu bez odporu, čo z nich robí ideálnych kandidátov na elektronické súčiastky v zariadeniach so špičkovou technológiou.

Výskumná skupina skonštruovala hybridný komponent vyrobený zo stabilného supravodiča a topologického izolátora. Táto kombinácia umožňuje, aby boli supravodivé vlastnosti presne kontrolované vonkajšími magnetickými poľami, čo vedie k exotickému stavu, v ktorom koexistuje supravodivosť a magnetizmus. Tento nový dizajn by mohol stabilizovať kvantové bity a ponúkať sľubné vyhliadky pre budúce kvantové počítače.

Objavy v kvantovej fyzike a nové materiály rôznych výskumných skupín ukazujú, že veda je v bode obratu. Zistenia o magnónoch a supravodičoch ponúkajú nielen pohľad na základnú fyziku, ale aj praktické aplikácie, ktoré by mohli v budúcnosti zmeniť spôsob spracovania údajov.

Tento dôležitý výskum je súčasťou väčších projektov, ktoré podporujú rôzne inštitúcie a programy financovania, ako napríklad Cluster of Excellence ct.qmat na Univerzite vo Würzburgu a Nemecká výskumná nadácia (DFG). Spolupráca medzi medzinárodnými výskumníkmi by mohla pripraviť cestu pre inovatívne technológie v oblasti spracovania údajov a kvantovej výpočtovej techniky. Ďalšie podrobnosti o tejto práci možno nájsť v pôvodných publikáciách príslušných výskumných tímov.

Pre viac informácií si prečítajte správy z Univerzita v Kostnici, Chemie.de a Univerzita vo Würzburgu.