Genombrott inom kvantforskning: Ljusande kvasipartiklar upptäcktes!

Genombrott inom kvantforskning: Ljusande kvasipartiklar upptäcktes!

Forskare från Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat har gjort betydande framsteg inom kvantforskningen. De har upptäckt optiska kvasipartiklar, så kallade excitoner, på ytan av ett antiferromagnetiskt kvantmaterial för första gången. Denna upptäckt representerar ett viktigt steg i utvecklingen av ny kvantteknologi och publicerades i den välrenommerade vetenskapliga tidskriften Naturliga material publiceras.

Forskargruppen, ledd av Alexey Chernikov, undersökte rörelsen av excitoner med hjälp av ultrasnabb mikroskopi vid ultralåga temperaturer. Den specifika kemiska strukturen hos halvledarmagneten kromsulfidbromid (CrSBr) visar sig vara särskilt lämplig eftersom den kombinerar magnetisk ordning med halvledande egenskaper. Till skillnad från tidigare studier, där excitoner mest förekommer i icke-magnetiska material, erbjuds här helt nya perspektiv.

Excitoner: ljuslagring och informationsbärare

Excitoner skapas när en ljuspuls exciterar en elektron och lämnar ett positivt laddat "hål". Dessa kvasipartiklar kan lagra ljusenergi och röra sig genom materialet och frigöra energi i form av ljus när de löses upp. I atomärt tunna lager bibehålls deras stabilitet från cirka -268°C till rumstemperatur. På ytan av CrSBr reflekterar excitonerna ljus i en annan färg, vilket gör att de kan analyseras och manipuleras av magnetfält.

Dessutom upptäckte teamet mobila excitoner som rör sig i motsatta riktningar, beteende som överensstämmer med Mikhail M. Glazovs teoretiska arbete. Detta fenomen är rent kvantmekaniskt och kan ha långtgående tillämpningar inom områden som nya laserkällor, ljussensorer och solceller.

Internationellt samarbete och framtidsutsikter

Forskningsprojektet är resultatet av ett internationellt samarbete med forskare från USA, Tyskland, Storbritannien, Nederländerna och Tjeckien. Cluster of Excellence ct.qmat, som har stötts av Julius Maximilian University i Würzburg och TU Dresden sedan 2019, omfattar över 300 forskare från mer än 30 länder som arbetar med att forska om topologiska kvantmaterial under extrema förhållanden.

En annan betydande upptäckt inom Cluster of Excellence är att excitoner genererades i en topologisk isolator för första gången, vilket representerar ytterligare ett genombrott. Detta fynd öppnar upp för nya möjligheter för utveckling av ljusstyrda datorchips och kvantprocessorer. Samspelet mellan ljus och excitoner används för att skapa qubits, de grundläggande beräkningsenheterna för kvantdatorer.

I framtiden kan resultaten från dessa studier leda till revolutionerande utveckling inom kvantkommunikation och datoranvändning. The Cluster of Excellence får finansiering som en del av spetsstrategin för de federala och delstatliga regeringarna.