Gjennombrudd i kvanteforskning: Lysende kvasipartikler oppdaget!

Gjennombrudd i kvanteforskning: Lysende kvasipartikler oppdaget!

Forskere fra Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat har gjort betydelige fremskritt innen kvanteforskning. De har oppdaget optiske kvasipartikler, kjent som eksitoner, på overflaten av et antiferromagnetisk kvantemateriale for første gang. Denne oppdagelsen representerer et viktig skritt i utviklingen av nye kvanteteknologier og ble publisert i det anerkjente vitenskapelige tidsskriftet Naturlige materialer publisert.

Forskerteamet, ledet av Alexey Chernikov, undersøkte bevegelsen av eksitoner ved hjelp av ultrarask mikroskopi ved ultralave temperaturer. Den spesifikke kjemiske strukturen til halvledermagneten kromsulfidbromid (CrSBr) viser seg å være spesielt egnet fordi den kombinerer magnetisk orden med halvledende egenskaper. I motsetning til tidligere studier, hvor eksitoner stort sett forekommer i ikke-magnetiske materialer, tilbys helt nye perspektiver her.

Excitoner: lyslagring og informasjonsbærere

Eksitoner skapes når en lyspuls eksiterer et elektron og etterlater et positivt ladet "hull". Disse kvasipartikler kan lagre lysenergi og bevege seg gjennom materialet, og frigjøre energi i form av lys når de løses opp. I atomtynne lag opprettholdes deres stabilitet fra rundt -268°C til romtemperatur. På overflaten av CrSBr reflekterer eksitonene lys i en annen farge, slik at de kan analyseres og manipuleres av magnetiske felt.

I tillegg oppdaget teamet mobile eksitoner som beveger seg i motsatte retninger, oppførsel i samsvar med det teoretiske arbeidet til Mikhail M. Glazov. Dette fenomenet er rent kvantemekanisk og kan ha vidtrekkende anvendelser i områder som nye laserkilder, lyssensorer og solceller.

Internasjonalt samarbeid og fremtidsutsikter

Forskningsprosjektet er et resultat av et internasjonalt samarbeid med forskere fra USA, Tyskland, Storbritannia, Nederland og Tsjekkia. Cluster of Excellence ct.qmat, som har blitt støttet av Julius Maximilian University of Würzburg og TU Dresden siden 2019, inkluderer over 300 forskere fra mer enn 30 land som jobber med å forske på topologiske kvantematerialer under ekstreme forhold.

En annen betydelig oppdagelse innenfor Cluster of Excellence er at eksitoner ble generert i en topologisk isolator for første gang, noe som representerer nok et gjennombrudd. Dette funnet åpner for nye muligheter for utvikling av lysstyrte databrikker og kvanteprosessorer. Samspillet mellom lys og eksitoner brukes til å lage qubits, de grunnleggende dataenhetene for kvantedatamaskiner.

I fremtiden kan funnene fra disse studiene føre til revolusjonerende utvikling innen kvantekommunikasjon og databehandling. The Cluster of Excellence mottar finansiering som en del av fortreffelighetsstrategien til de føderale og statlige myndighetene.