Ανακάλυψη στην κβαντική έρευνα: Ανακαλύφθηκαν φωτεινά οιονεί σωματίδια!

Ανακάλυψη στην κβαντική έρευνα: Ανακαλύφθηκαν φωτεινά οιονεί σωματίδια!

Οι επιστήμονες από το Cluster of Excellence ct.qmat Würzburg-Dresden έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο στην κβαντική έρευνα. Έχουν ανιχνεύσει οπτικά οιονεί σωματίδια, γνωστά ως εξιτόνια, στην επιφάνεια ενός αντισιδηρομαγνητικού κβαντικού υλικού για πρώτη φορά. Αυτή η ανακάλυψη αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα στην ανάπτυξη νέων κβαντικών τεχνολογιών και δημοσιεύτηκε στο διάσημο επιστημονικό περιοδικό Φυσικά Υλικά δημοσιευμένο.

Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον Alexey Chernikov, εξέτασε την κίνηση των εξιτονίων χρησιμοποιώντας εξαιρετικά γρήγορη μικροσκοπία σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Η ειδική χημική δομή του μαγνήτη ημιαγωγού βρωμιούχο θειούχο χρώμιο (CrSBr) αποδεικνύεται ιδιαίτερα κατάλληλη επειδή συνδυάζει τη μαγνητική τάξη με τις ημιαγώγιμες ιδιότητες. Σε αντίθεση με προηγούμενες μελέτες, στις οποίες τα εξιτόνια εμφανίζονται κυρίως σε μη μαγνητικά υλικά, εδώ προσφέρονται εντελώς νέες προοπτικές.

Excitons: αποθήκευση φωτός και φορείς πληροφοριών

Τα εξιτόνια δημιουργούνται όταν ένας παλμός φωτός διεγείρει ένα ηλεκτρόνιο, αφήνοντας μια θετικά φορτισμένη «τρύπα». Αυτά τα οιονεί σωματίδια μπορούν να αποθηκεύσουν ενέργεια φωτός και να κινηθούν μέσα στο υλικό, απελευθερώνοντας ενέργεια με τη μορφή φωτός καθώς διαλύονται. Σε ατομικά λεπτά στρώματα, η σταθερότητά τους διατηρείται από περίπου -268°C έως τη θερμοκρασία δωματίου. Στην επιφάνεια του CrSBr, τα εξιτόνια αντανακλούν το φως με διαφορετικό χρώμα, επιτρέποντάς τους να αναλυθούν και να χειριστούν με μαγνητικά πεδία.

Επιπλέον, η ομάδα ανακάλυψε κινητά εξιτόνια που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις, συμπεριφορά σύμφωνη με το θεωρητικό έργο του Mikhail M. Glazov. Αυτό το φαινόμενο είναι καθαρά κβαντομηχανικό και θα μπορούσε να έχει εκτεταμένες εφαρμογές σε τομείς όπως νέες πηγές λέιζερ, αισθητήρες φωτός και ηλιακά κύτταρα.

Διεθνής συνεργασία και μελλοντικές προοπτικές

Το ερευνητικό έργο είναι αποτέλεσμα διεθνούς συνεργασίας με επιστήμονες από τις ΗΠΑ, τη Γερμανία, τη Μεγάλη Βρετανία, την Ολλανδία και την Τσεχία. Το Cluster of Excellence ct.qmat, το οποίο υποστηρίζεται από το Πανεπιστήμιο Julius Maximilian του Würzburg και το TU Dresden από το 2019, περιλαμβάνει πάνω από 300 ερευνητές από περισσότερες από 30 χώρες που εργάζονται για την έρευνα τοπολογικών κβαντικών υλικών υπό ακραίες συνθήκες.

Μια άλλη σημαντική ανακάλυψη στο Cluster of Excellence είναι ότι τα εξιτόνια δημιουργήθηκαν σε έναν τοπολογικό μονωτή για πρώτη φορά, αντιπροσωπεύοντας μια άλλη σημαντική ανακάλυψη. Αυτό το εύρημα ανοίγει νέες δυνατότητες για την ανάπτυξη τσιπ υπολογιστών ελεγχόμενων με φως και κβαντικών επεξεργαστών. Η αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και εξιτονίων χρησιμοποιείται για τη δημιουργία qubits, των βασικών υπολογιστικών μονάδων για κβαντικούς υπολογιστές.

Στο μέλλον, τα ευρήματα από αυτές τις μελέτες θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε επαναστατικές εξελίξεις στην κβαντική επικοινωνία και στους υπολογιστές. Το Cluster of Excellence λαμβάνει χρηματοδότηση ως μέρος της στρατηγικής αριστείας των ομοσπονδιακών και πολιτειακών κυβερνήσεων.