Proveržis kvantiniuose tyrimuose: aptiktos švytinčios kvazidalelės!

Proveržis kvantiniuose tyrimuose: aptiktos švytinčios kvazidalelės!

Mokslininkai iš Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat padarė didelę pažangą kvantinių tyrimų srityje. Jie pirmą kartą aptiko optines kvazidaleles, žinomas kaip eksitonai, ant antiferomagnetinės kvantinės medžiagos paviršiaus. Šis atradimas yra svarbus žingsnis kuriant naujas kvantines technologijas ir buvo paskelbtas žinomame mokslo žurnale. Natūralios medžiagos paskelbta.

Mokslininkų grupė, vadovaujama Aleksejaus Černikovo, ištyrė eksitonų judėjimą, naudodama itin greitą mikroskopiją esant itin žemai temperatūrai. Specifinė puslaidininkinio magneto chromo sulfido bromido (CrSBr) cheminė struktūra pasirodė esanti ypač tinkama, nes sujungia magnetinę tvarką ir puslaidininkines savybes. Priešingai nei ankstesniuose tyrimuose, kuriuose eksitonai dažniausiai atsiranda nemagnetinėse medžiagose, čia siūlomos visiškai naujos perspektyvos.

Eksitonai: šviesos kaupikliai ir informacijos nešikliai

Eksitonai susidaro, kai šviesos impulsas sužadina elektroną, palikdamas teigiamai įkrautą „skylę“. Šios kvazidalelės gali kaupti šviesos energiją ir judėti per medžiagą, išskirdamos energiją šviesos pavidalu, kai jos ištirpsta. Atomiškai plonuose sluoksniuose jų stabilumas palaikomas nuo maždaug -268°C iki kambario temperatūros. CrSBr paviršiuje eksitonai atspindi šviesą kitokia spalva, todėl juos galima analizuoti ir manipuliuoti magnetiniais laukais.

Be to, komanda atrado mobiliuosius eksitonus, kurie juda priešingomis kryptimis, elgesys atitinka Michailo M. Glazovo teorinį darbą. Šis reiškinys yra grynai kvantinis mechaninis ir gali būti plačiai pritaikytas tokiose srityse kaip nauji lazeriniai šaltiniai, šviesos jutikliai ir saulės elementai.

Tarptautinis bendradarbiavimas ir ateities perspektyvos

Tyrimo projektas yra tarptautinio bendradarbiavimo su JAV, Vokietijos, Didžiosios Britanijos, Nyderlandų ir Čekijos mokslininkais rezultatas. Kompetencijos klasteryje ct.qmat, kurį nuo 2019 m. remia Viurcburgo Juliaus Maksimiliano universitetas ir Drezdeno TU, dirba daugiau nei 300 mokslininkų iš daugiau nei 30 šalių, kurie tyrinėja topologines kvantines medžiagas ekstremaliomis sąlygomis.

Kitas reikšmingas meistriškumo klasterio atradimas yra tas, kad eksitonai pirmą kartą buvo sukurti topologiniame izoliatoriuje, o tai reiškia dar vieną proveržį. Šis atradimas atveria naujas galimybes šviesa valdomų kompiuterių lustų ir kvantinių procesorių kūrimui. Šviesos ir eksitonų sąveika naudojama kuriant kubitus, pagrindinius kvantinių kompiuterių skaičiavimo vienetus.

Ateityje šių tyrimų išvados gali paskatinti revoliucinius kvantinio ryšio ir skaičiavimo pokyčius. Kompetencijos klasteris gauna finansavimą kaip federalinės ir valstijų vyriausybių kompetencijos strategijos dalį.