Izrāviens kvantu pētījumos: atklātas gaismas kvazidaļiņas!

Izrāviens kvantu pētījumos: atklātas gaismas kvazidaļiņas!

Vircburgas-Drēzdenes izcilības klastera ct.qmat zinātnieki ir panākuši ievērojamu progresu kvantu pētījumos. Viņi pirmo reizi ir atklājuši optiskās kvazidaļiņas, kas pazīstamas kā eksitoni, uz antiferomagnētiska kvantu materiāla virsmas. Šis atklājums ir nozīmīgs solis jaunu kvantu tehnoloģiju attīstībā, un tas tika publicēts slavenajā zinātniskajā žurnālā. Dabiskie materiāli publicēts.

Pētnieku grupa Alekseja Čerņikova vadībā pārbaudīja eksitonu kustību, izmantojot īpaši ātru mikroskopiju īpaši zemā temperatūrā. Pusvadītāju magnēta hroma sulfīda bromīda (CrSBr) īpašā ķīmiskā struktūra izrādās īpaši piemērota, jo tā apvieno magnētisko kārtību ar pusvadītāja īpašībām. Atšķirībā no iepriekšējiem pētījumiem, kuros eksitoni pārsvarā rodas nemagnētiskos materiālos, šeit tiek piedāvātas pilnīgi jaunas perspektīvas.

Eksitoni: gaismas glabāšanas un informācijas nesēji

Eksitoni rodas, kad gaismas impulss ierosina elektronu, atstājot pozitīvi lādētu "caurumu". Šīs kvazidaļiņas var uzglabāt gaismas enerģiju un pārvietoties pa materiālu, atbrīvojot enerģiju gaismas veidā, kad tās izšķīst. Atomiski plānos slāņos to stabilitāte tiek uzturēta no aptuveni -268°C līdz istabas temperatūrai. Uz CrSBr virsmas eksitoni atstaro gaismu citā krāsā, ļaujot tos analizēt un manipulēt ar magnētiskajiem laukiem.

Turklāt komanda atklāja mobilos eksitonus, kas pārvietojas pretējos virzienos, kas atbilst Mihaila M. Glazova teorētiskajam darbam. Šī parādība ir tīri kvantu mehāniska, un tai varētu būt tālejoša pielietošana tādās jomās kā jauni lāzera avoti, gaismas sensori un saules baterijas.

Starptautiskā sadarbība un nākotnes perspektīvas

Pētījuma projekts tapis starptautiskai sadarbībai ar ASV, Vācijas, Lielbritānijas, Nīderlandes un Čehijas zinātniekiem. Izcilības klasterī ct.qmat, ko kopš 2019. gada atbalsta Vircburgas Juliusa Maksimiliana universitāte un Drēzdenes TU, ir vairāk nekā 300 pētnieku no vairāk nekā 30 valstīm, kas strādā pie topoloģisko kvantu materiālu izpētes ekstremālos apstākļos.

Vēl viens nozīmīgs atklājums izcilības klasterī ir tas, ka pirmo reizi topoloģiskā izolatorā tika ģenerēti eksitoni, kas ir vēl viens izrāviens. Šis atklājums paver jaunas iespējas ar gaismu vadāmu datoru mikroshēmu un kvantu procesoru izstrādei. Gaismas un eksitonu mijiedarbība tiek izmantota, lai izveidotu kubitus, pamata skaitļošanas vienības kvantu datoriem.

Nākotnē šo pētījumu rezultāti varētu novest pie revolucionāriem kvantu komunikācijas un skaitļošanas uzlabojumiem. Izcilības klasteris saņem finansējumu kā daļu no federālo un štatu valdību izcilības stratēģijas.