Läpimurto kvanttitutkimuksessa: Valoavia kvasihiukkasia löydetty!

Läpimurto kvanttitutkimuksessa: Valoavia kvasihiukkasia löydetty!

Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat -tutkijat ovat edistyneet merkittävästi kvanttitutkimuksessa. He ovat havainneet optisia kvasihiukkasia, jotka tunnetaan nimellä eksitonit, antiferromagneettisen kvanttimateriaalin pinnalta ensimmäistä kertaa. Tämä löytö on tärkeä askel uusien kvanttitekniikoiden kehittämisessä, ja se julkaistiin tunnetussa tieteellisessä lehdessä. Luonnolliset materiaalit julkaistu.

Aleksei Tšernikovin johtama tutkimusryhmä tutki eksitonien liikettä ultranopealla mikroskopialla erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Puolijohdemagneettikromisulfidibromidin (CrSBr) erityinen kemiallinen rakenne osoittautuu erityisen sopivaksi, koska siinä yhdistyvät magneettinen järjestys puolijohtaviin ominaisuuksiin. Toisin kuin aikaisemmissa tutkimuksissa, joissa eksitonit esiintyvät enimmäkseen ei-magneettisissa materiaaleissa, tässä tarjotaan täysin uusia näkökulmia.

Excitonit: valovarasto ja tiedonvälittäjät

Eksitonit syntyvät, kun valopulssi virittää elektronin jättäen positiivisesti varautuneen "reiän". Nämä kvasihiukkaset voivat varastoida valoenergiaa ja liikkua materiaalin läpi vapauttaen energiaa valon muodossa liukeneessaan. Atomiohuissa kerroksissa niiden stabiilisuus säilyy noin -268°C:sta huoneenlämpötilaan. CrSBr:n pinnalla eksitonit heijastavat valoa eri värisenä, jolloin niitä voidaan analysoida ja käsitellä magneettikentillä.

Lisäksi ryhmä löysi liikkuvia eksitoneja, jotka liikkuvat vastakkaisiin suuntiin, mikä on Mihail M. Glazovin teoreettisen työn mukaista. Tämä ilmiö on puhtaasti kvanttimekaaninen, ja sillä voi olla kauaskantoisia sovelluksia, kuten uusilla laserlähteillä, valoantureilla ja aurinkokennoilla.

Kansainvälinen yhteistyö ja tulevaisuuden näkymät

Tutkimusprojekti on tulosta kansainvälisestä yhteistyöstä USA:n, Saksan, Iso-Britannian, Hollannin ja Tšekin tasavallan tutkijoiden kanssa. Cluster of Excellence ct.qmat, jota Würzburgin Julius Maximilianin yliopisto ja Dresdenin yliopisto ovat tukeneet vuodesta 2019, sisältää yli 300 tutkijaa yli 30 maasta, jotka työskentelevät topologisten kvanttimateriaalien tutkimuksessa äärimmäisissä olosuhteissa.

Toinen merkittävä löytö huippuosaamisen klusterissa on se, että topologisessa eristeessä tuotettiin eksitonit ensimmäistä kertaa, mikä edustaa uutta läpimurtoa. Tämä löytö avaa uusia mahdollisuuksia valoohjattujen tietokonesirujen ja kvanttiprosessorien kehittämiseen. Valon ja eksitonien vuorovaikutusta käytetään luomaan kubitteja, kvanttitietokoneiden peruslaskentayksiköitä.

Tulevaisuudessa näiden tutkimusten tulokset voivat johtaa vallankumoukselliseen kehitykseen kvanttiviestinnässä ja tietojenkäsittelyssä. Cluster of Excellence saa rahoitusta osana liittovaltion ja osavaltioiden hallitusten huippuosaamisen strategiaa.