Пробив в квантовите изследвания: Открити са светещи квазичастици!

Пробив в квантовите изследвания: Открити са светещи квазичастици!

Учените от Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat постигнаха значителен напредък в квантовите изследвания. Те са открили оптични квазичастици, известни като екситони, на повърхността на антиферомагнитен квантов материал за първи път. Това откритие представлява важна стъпка в развитието на нови квантови технологии и е публикувано в реномираното научно списание Естествени материали публикувани.

Изследователският екип, ръководен от Алексей Черников, изследва движението на екситони с помощта на ултрабърза микроскопия при ултра ниски температури. Специфичната химическа структура на полупроводниковия магнит хромов сулфид бромид (CrSBr) се оказва особено подходяща, тъй като съчетава магнитен ред с полупроводникови свойства. За разлика от предишни изследвания, в които екситоните се срещат предимно в немагнитни материали, тук се предлагат напълно нови перспективи.

Екситони: съхранение на светлина и носители на информация

Екситоните се създават, когато импулс от светлина възбужда електрон, оставяйки положително заредена „дупка“. Тези квазичастици могат да съхраняват светлинна енергия и да се движат през материала, освобождавайки енергия под формата на светлина, докато се разтварят. В атомно тънки слоеве тяхната стабилност се поддържа от около -268°C до стайна температура. На повърхността на CrSBr екситоните отразяват светлина в различен цвят, което им позволява да бъдат анализирани и манипулирани от магнитни полета.

Освен това екипът откри мобилни екситони, които се движат в противоположни посоки, поведение в съответствие с теоретичната работа на Михаил М. Глазов. Това явление е чисто квантово механично и може да има широкообхватни приложения в области като нови лазерни източници, светлинни сензори и слънчеви клетки.

Международно сътрудничество и бъдещи перспективи

Изследователският проект е резултат от международно сътрудничество с учени от САЩ, Германия, Великобритания, Холандия и Чехия. Клъстерът за върхови постижения ct.qmat, който се подкрепя от Университета Юлиус Максимилиан във Вюрцбург и ТУ Дрезден от 2019 г., включва над 300 изследователи от повече от 30 страни, които работят върху изследване на топологични квантови материали при екстремни условия.

Друго значимо откритие в рамките на Cluster of Excellence е, че екситоните са генерирани в топологичен изолатор за първи път, което представлява още един пробив. Това откритие отваря нови възможности за разработването на контролирани от светлина компютърни чипове и квантови процесори. Взаимодействието между светлина и екситони се използва за създаване на кубити, основните изчислителни единици за квантовите компютри.

В бъдеще констатациите от тези проучвания могат да доведат до революционни разработки в квантовата комуникация и компютрите. Клъстерът за високи постижения получава финансиране като част от стратегията за високи постижения на федералното и щатското правителство.