Учёные создали "квантовый сэндвич" из двух невероятно редких материалов
NewsMakerСамый странный бутерброд на стыке физики и технологии.
Исследователи из Университета Рутгерса в Нью-Брансуике в сотрудничестве с международной командой учёных создали уникальную искусственную квантовую структуру , которую долгое время считали невозможной. Они объединили два редких и крайне нестабильных материала — диспрозий титанат и пирохлор иридат — в одно миниатюрное «сэндвич»-соединение, открывающее новые горизонты в разработке материалов для квантовых технологий.
Разработка, занявшая четыре года непрерывных экспериментов, стала прорывом, позволившим исследователям впервые сконструировать подобную структуру на атомном уровне. Один из слоёв этого квантового сэндвича — диспрозий титанат, неорганическое соединение, которое используется в ядерных реакторах и обладает уникальной способностью проявлять так называемые магнитные монополи — частицы, которые существуют только в теории и ранее не наблюдались в свободной форме. Другой слой — пирохлор иридат, экспериментальный полуметалл с экзотическими электронными и магнитными свойствами. Сам по себе он содержит так называемые фермионы Вейля — крошечные частицы, которые движутся как свет и могут «вращаться» в разных направлениях, обеспечивая необычайную стабильность при работе в электронных устройствах.
Каждый из этих материалов уже сам по себе считался почти невозможным для лабораторного синтеза, а их объединение в единую квантовую систему до недавнего времени представлялось фантастикой. Однако команде под руководством профессора Яка Чакхаляна удалось преодолеть технические ограничения, разработав специальную установку под названием Q-DiP — платформу для открытия квантовых феноменов. Она сочетает в себе инфракрасный лазерный нагреватель и другой лазер, позволяющий выращивать материалы слой за слоем с атомной точностью. Эта система уникальна в США и позволяет работать с материалами при температурах, близких к абсолютному нулю.
Проект стал настоящим испытанием даже для опытной команды: чтобы реализовать задуманное, учёным пришлось создавать прибор буквально с нуля. Среди тех, кто внёс ключевой вклад в разработку, профессор отметил студентов Рутгерса, в том числе Майкла Терилли, Цун-Чи Ву и Дороти Даути, а также учёных Михаила Кареева и Фанди Вена.
Созданная структура открывает путь к изучению поведения материи на границах между слоями — в тех самых зонах соприкосновения, где происходят самые интересные квантовые процессы. По словам Чакхаляна, это даёт возможность проектировать принципиально новые двухмерные квантовые материалы с потенциальным применением в квантовых компьютерах и сенсорах нового поколения.
Квантовые компьютеры оперируют кубитами — квантовыми битами, способными находиться в нескольких состояниях одновременно благодаря эффекту суперпозиции. Такие системы теоретически способны выполнять сложнейшие вычисления в десятки и сотни раз быстрее, чем традиционные компьютеры. Новый материал, обладая одновременно стабильностью, высокой проводимостью и способностью к квантовым взаимодействиям, может стать основой для устройств, которые ранее были невозможны.
Ученые считают, что в будущем такие квантовые технологии повлияют на самые разные сферы жизни — от разработки лекарств до логистики, финансов и искусственного интеллекта. Благодаря новым материалам, которые пока существуют только в лабораторных условиях, они могут стать реальностью гораздо быстрее, чем предполагалось.
Исследователи из Университета Рутгерса в Нью-Брансуике в сотрудничестве с международной командой учёных создали уникальную искусственную квантовую структуру , которую долгое время считали невозможной. Они объединили два редких и крайне нестабильных материала — диспрозий титанат и пирохлор иридат — в одно миниатюрное «сэндвич»-соединение, открывающее новые горизонты в разработке материалов для квантовых технологий.
Разработка, занявшая четыре года непрерывных экспериментов, стала прорывом, позволившим исследователям впервые сконструировать подобную структуру на атомном уровне. Один из слоёв этого квантового сэндвича — диспрозий титанат, неорганическое соединение, которое используется в ядерных реакторах и обладает уникальной способностью проявлять так называемые магнитные монополи — частицы, которые существуют только в теории и ранее не наблюдались в свободной форме. Другой слой — пирохлор иридат, экспериментальный полуметалл с экзотическими электронными и магнитными свойствами. Сам по себе он содержит так называемые фермионы Вейля — крошечные частицы, которые движутся как свет и могут «вращаться» в разных направлениях, обеспечивая необычайную стабильность при работе в электронных устройствах.
Каждый из этих материалов уже сам по себе считался почти невозможным для лабораторного синтеза, а их объединение в единую квантовую систему до недавнего времени представлялось фантастикой. Однако команде под руководством профессора Яка Чакхаляна удалось преодолеть технические ограничения, разработав специальную установку под названием Q-DiP — платформу для открытия квантовых феноменов. Она сочетает в себе инфракрасный лазерный нагреватель и другой лазер, позволяющий выращивать материалы слой за слоем с атомной точностью. Эта система уникальна в США и позволяет работать с материалами при температурах, близких к абсолютному нулю.
Проект стал настоящим испытанием даже для опытной команды: чтобы реализовать задуманное, учёным пришлось создавать прибор буквально с нуля. Среди тех, кто внёс ключевой вклад в разработку, профессор отметил студентов Рутгерса, в том числе Майкла Терилли, Цун-Чи Ву и Дороти Даути, а также учёных Михаила Кареева и Фанди Вена.
Созданная структура открывает путь к изучению поведения материи на границах между слоями — в тех самых зонах соприкосновения, где происходят самые интересные квантовые процессы. По словам Чакхаляна, это даёт возможность проектировать принципиально новые двухмерные квантовые материалы с потенциальным применением в квантовых компьютерах и сенсорах нового поколения.
Квантовые компьютеры оперируют кубитами — квантовыми битами, способными находиться в нескольких состояниях одновременно благодаря эффекту суперпозиции. Такие системы теоретически способны выполнять сложнейшие вычисления в десятки и сотни раз быстрее, чем традиционные компьютеры. Новый материал, обладая одновременно стабильностью, высокой проводимостью и способностью к квантовым взаимодействиям, может стать основой для устройств, которые ранее были невозможны.
Ученые считают, что в будущем такие квантовые технологии повлияют на самые разные сферы жизни — от разработки лекарств до логистики, финансов и искусственного интеллекта. Благодаря новым материалам, которые пока существуют только в лабораторных условиях, они могут стать реальностью гораздо быстрее, чем предполагалось.