طفرة في أبحاث الكم: اكتشاف أشباه الجسيمات المضيئة!

طفرة في أبحاث الكم: اكتشاف أشباه الجسيمات المضيئة!

حقق علماء من مجموعة التميز فورتسبورغ-دريسدن ct.qmat تقدمًا كبيرًا في الأبحاث الكمومية. لقد اكتشفوا أشباه الجسيمات الضوئية، المعروفة باسم الإكسيتونات، على سطح مادة كمومية مضادة للمغناطيسية الحديدية لأول مرة. يمثل هذا الاكتشاف خطوة مهمة في تطوير تقنيات الكم الجديدة وتم نشره في المجلة العلمية الشهيرة المواد الطبيعية نشرت.

قام فريق البحث، بقيادة أليكسي تشيرنيكوف، بفحص حركة الإكسيتونات باستخدام المجهر فائق السرعة في درجات حرارة منخفضة للغاية. أثبت التركيب الكيميائي المحدد لبروميد كبريتيد الكروم المغناطيسي لأشباه الموصلات (CrSBr) أنه مناسب بشكل خاص لأنه يجمع بين الترتيب المغناطيسي وخصائص أشباه الموصلات. وعلى النقيض من الدراسات السابقة، التي تحدث فيها الإكسيتونات غالبًا في مواد غير مغناطيسية، يتم تقديم وجهات نظر جديدة تمامًا هنا.

الإكسيتونات: تخزين الضوء وحاملات المعلومات

يتم إنشاء الإكسيتونات عندما تثير نبضة من الضوء إلكترونًا، مما يترك "ثقبًا" مشحونًا بشحنة موجبة. يمكن لأشباه الجسيمات تخزين الطاقة الضوئية والتحرك عبر المادة، وإطلاق الطاقة على شكل ضوء أثناء ذوبانها. في الطبقات الرقيقة ذريًا، يتم الحفاظ على ثباتها من حوالي -268 درجة مئوية إلى درجة حرارة الغرفة. على سطح CrSBr، تعكس الإكسيتونات الضوء بلون مختلف، مما يسمح بتحليلها ومعالجتها بواسطة المجالات المغناطيسية.

بالإضافة إلى ذلك، اكتشف الفريق الإكسيتونات المتنقلة التي تتحرك في اتجاهين متعاكسين، وهو سلوك يتوافق مع العمل النظري لميخائيل إم جلازوف. هذه الظاهرة ميكانيكية كمومية بحتة ويمكن أن يكون لها تطبيقات بعيدة المدى في مجالات مثل مصادر الليزر الجديدة وأجهزة استشعار الضوء والخلايا الشمسية.

التعاون الدولي وآفاق المستقبل

المشروع البحثي هو نتيجة للتعاون الدولي مع علماء من الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا وبريطانيا العظمى وهولندا وجمهورية التشيك. تضم مجموعة التميز ct.qmat، التي تم دعمها من قبل جامعة يوليوس ماكسيميليان في فورتسبورغ وجامعة TU Dresden منذ عام 2019، أكثر من 300 باحث من أكثر من 30 دولة يعملون على البحث في المواد الكمومية الطوبولوجية في ظل ظروف قاسية.

هناك اكتشاف مهم آخر داخل مجموعة التميز وهو أن الإكسيتونات تم توليدها في عازل طوبولوجي لأول مرة، وهو ما يمثل اختراقًا آخر. يفتح هذا الاكتشاف إمكانيات جديدة لتطوير شرائح الكمبيوتر التي يتم التحكم فيها بالضوء والمعالجات الكمومية. يتم استخدام التفاعل بين الضوء والإكسيتونات لإنشاء الكيوبتات، وهي وحدات الحوسبة الأساسية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

وفي المستقبل، يمكن أن تؤدي نتائج هذه الدراسات إلى تطورات ثورية في الاتصالات الكمومية والحوسبة. تتلقى مجموعة التميز التمويل كجزء من استراتيجية التميز للحكومة الفيدرالية وحكومات الولايات.