Revoluție în cercetarea cuantică: cvasiparticule luminoase descoperite!

Revoluție în cercetarea cuantică: cvasiparticule luminoase descoperite!

Oamenii de știință de la Würzburg-Dresda Cluster of Excellence ct.qmat au făcut progrese semnificative în cercetarea cuantică. Ei au detectat pentru prima dată cvasiparticule optice, cunoscute sub numele de excitoni, pe suprafața unui material cuantic antiferomagnetic. Această descoperire reprezintă un pas important în dezvoltarea noilor tehnologii cuantice și a fost publicată în renumitul jurnal științific Materiale naturale publicat.

Echipa de cercetare, condusă de Alexey Chernikov, a examinat mișcarea excitonilor folosind microscopia ultrarapidă la temperaturi ultra-scăzute. Structura chimică specifică a magnetului semiconductor bromură de sulfură de crom (CrSBr) se dovedește a fi deosebit de potrivită deoarece combină ordinea magnetică cu proprietățile semiconductoare. Spre deosebire de studiile anterioare, în care excitonii apar mai ales în materiale nemagnetice, aici sunt oferite perspective complet noi.

Excitații: stocare luminoasă și purtători de informații

Excitonii sunt creați atunci când un puls de lumină excită un electron, lăsând o „găură” încărcată pozitiv. Aceste cvasiparticule pot stoca energie luminoasă și se pot deplasa prin material, eliberând energie sub formă de lumină pe măsură ce se dizolvă. În straturile subțiri din punct de vedere atomic, stabilitatea lor este menținută de la aproximativ -268°C până la temperatura camerei. Pe suprafața CrSBr, excitonii reflectă lumina într-o culoare diferită, permițându-le să fie analizate și manipulate de câmpuri magnetice.

În plus, echipa a descoperit excitoni mobili care se mișcă în direcții opuse, comportament în concordanță cu munca teoretică a lui Mikhail M. Glazov. Acest fenomen este pur mecanic cuantic și ar putea avea aplicații de anvergură în domenii precum surse noi de laser, senzori de lumină și celule solare.

Cooperare internațională și perspective de viitor

Proiectul de cercetare este rezultatul unei cooperări internaționale cu oameni de știință din SUA, Germania, Marea Britanie, Țările de Jos și Republica Cehă. Clusterul de excelență ct.qmat, care a fost susținut de Universitatea Julius Maximilian din Würzburg și TU Dresda din 2019, include peste 300 de cercetători din peste 30 de țări care lucrează la cercetarea materialelor cuantice topologice în condiții extreme.

O altă descoperire semnificativă în cadrul Clusterului de excelență este aceea că excitonii au fost generați într-un izolator topologic pentru prima dată, reprezentând o altă descoperire. Această descoperire deschide noi posibilități pentru dezvoltarea de cipuri de computer controlate de lumină și procesoare cuantice. Interacțiunea dintre lumină și excitoni este folosită pentru a crea qubiți, unitățile de calcul de bază pentru calculatoarele cuantice.

În viitor, descoperirile din aceste studii ar putea duce la evoluții revoluționare în comunicarea cuantică și calcularea. Clusterul de excelență primește finanțare ca parte a strategiei de excelență a guvernelor federale și de stat.