Áttörés a kvantumkutatásban: Világító kvázirészecskéket fedeztek fel!

Áttörés a kvantumkutatásban: Világító kvázirészecskéket fedeztek fel!

A Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat tudósai jelentős előrehaladást értek el a kvantumkutatásban. Először észleltek optikai kvázirészecskéket, úgynevezett excitonokat egy antiferromágneses kvantumanyag felületén. Ez a felfedezés fontos lépést jelent az új kvantumtechnológiák fejlesztésében, és a neves tudományos folyóiratban tették közzé. Természetes anyagok közzétett.

Az Alekszej Csernyikov vezette kutatócsoport ultragyors mikroszkóppal vizsgálta az excitonok mozgását ultraalacsony hőmérsékleten. A félvezető mágneses króm-szulfid-bromid (CrSBr) sajátos kémiai szerkezete különösen alkalmasnak bizonyul, mert egyesíti a mágneses rendet a félvezető tulajdonságokkal. A korábbi tanulmányokkal ellentétben, amelyekben az excitonok többnyire nem mágneses anyagokban fordulnak elő, itt teljesen új perspektívákat kínálnak.

Excitonok: fénytárolók és információhordozók

Az excitonok akkor jönnek létre, amikor egy fényimpulzus gerjeszt egy elektront, és pozitív töltésű „lyukat” hagy maga után. Ezek a kvázi részecskék képesek fényenergiát tárolni és áthaladni az anyagon, és feloldódásuk során energiát szabadítanak fel fény formájában. Atomi vékony rétegekben stabilitásuk körülbelül -268°C-tól szobahőmérsékletig megmarad. A CrSBr felületén az excitonok más színű fényt vernek vissza, lehetővé téve azok elemzését és mágneses mezők általi manipulálását.

Ezenkívül a csapat olyan mozgékony excitonokat fedezett fel, amelyek ellentétes irányba mozognak, és a viselkedés összhangban van Mikhail M. Glazov elméleti munkájával. Ez a jelenség tisztán kvantummechanikai jellegű, és messzemenően alkalmazható olyan területeken, mint az újszerű lézerforrások, fényérzékelők és napelemek.

Nemzetközi együttműködés és jövőbeli kilátások

A kutatási projekt az USA, Németország, Nagy-Britannia, Hollandia és Csehország tudósaival folytatott nemzetközi együttműködés eredménye. A Cluster of Excellence ct.qmat, amelyet 2019 óta támogat a Würzburgi Julius Maximilian Egyetem és a Drezdai TU, több mint 300 kutatót foglal magában több mint 30 országból, akik topológiai kvantumanyagok extrém körülmények között történő kutatásán dolgoznak.

Egy másik jelentős felfedezés a Kiválósági Klaszteren belül, hogy első alkalommal generáltak excitonokat topológiai szigetelőben, ami újabb áttörést jelent. Ez a felfedezés új lehetőségeket nyit meg a fényvezérelt számítógépes chipek és kvantumprocesszorok fejlesztésében. A fény és az excitonok közötti kölcsönhatást qubitek létrehozására használják, amelyek a kvantumszámítógépek alapvető számítási egységei.

A jövőben e tanulmányok eredményei a kvantumkommunikáció és a számítástechnika forradalmi fejlődéséhez vezethetnek. A Kiválósági Klaszter a szövetségi és tartományi kormányok kiválósági stratégiájának részeként kap támogatást.