Průlom v kvantovém výzkumu: Objeveny světelné kvazičástice!

Průlom v kvantovém výzkumu: Objeveny světelné kvazičástice!

Vědci z Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat výrazně pokročili v kvantovém výzkumu. Poprvé detekovali optické kvazičástice, známé jako excitony, na povrchu antiferomagnetického kvantového materiálu. Tento objev představuje důležitý krok ve vývoji nových kvantových technologií a byl publikován v renomovaném vědeckém časopise Přírodní materiály zveřejněno.

Výzkumný tým pod vedením Alexey Chernikova zkoumal pohyb excitonů pomocí ultrarychlé mikroskopie při ultra nízkých teplotách. Specifická chemická struktura bromidu sulfidu chromitého (CrSBr) polovodičového magnetu se ukazuje jako zvláště vhodná, protože kombinuje magnetické uspořádání s polovodičovými vlastnostmi. Oproti předchozím studiím, ve kterých se excitony většinou vyskytují v nemagnetických materiálech, se zde nabízejí zcela nové pohledy.

Excitony: zásobník světla a nosiče informací

Excitony vznikají, když puls světla excituje elektron a zanechává kladně nabitou „díru“. Tyto kvazičástice mohou uchovávat světelnou energii a pohybovat se materiálem, přičemž při rozpouštění uvolňují energii ve formě světla. V atomárně tenkých vrstvách je jejich stabilita udržována od cca -268°C do pokojové teploty. Na povrchu CrSBr excitony odrážejí světlo v jiné barvě, což umožňuje jejich analýzu a manipulaci pomocí magnetických polí.

Kromě toho tým objevil mobilní excitony, které se pohybují v opačných směrech, což je v souladu s teoretickou prací Michaila M. Glazova. Tento jev je čistě kvantově mechanický a mohl by mít dalekosáhlé aplikace v oblastech, jako jsou nové laserové zdroje, světelné senzory a solární články.

Mezinárodní spolupráce a vyhlídky do budoucna

Výzkumný projekt je výsledkem mezinárodní spolupráce s vědci z USA, Německa, Velké Británie, Nizozemí a České republiky. Cluster of Excellence ct.qmat, který je od roku 2019 podporován Univerzitou Julia Maximiliana ve Würzburgu a TU Dresden, zahrnuje přes 300 výzkumníků z více než 30 zemí, kteří pracují na výzkumu topologických kvantových materiálů v extrémních podmínkách.

Dalším významným objevem v rámci Cluster of Excellence je, že excitony byly poprvé generovány v topologickém izolátoru, což představuje další průlom. Toto zjištění otevírá nové možnosti pro vývoj světlem řízených počítačových čipů a kvantových procesorů. Souhra mezi světlem a excitony se využívá k vytvoření qubitů, základních výpočetních jednotek pro kvantové počítače.

V budoucnu by poznatky z těchto studií mohly vést k revolučnímu vývoji v oblasti kvantové komunikace a výpočetní techniky. Cluster of Excellence dostává finanční prostředky jako součást strategie excelence federální a státní vlády.