Ученые создали «невозможный» квантовый сэндвич: прорыв в исследованиях квантовых технологий
Международная группа исследователей, возглавляемая учеными из Университета Ратгерса в Нью-Брансуике, США, достигла remarkable достижения в области квантовых технологий, объединив два уникальных искусственно созданных материала в экзотическую квантовую структуру, ранее считавшуюся невозможной. Это инновационное открытие может стать основой для разработки новых материалов, которые в дальнейшем окажут влияние на квантовые вычисления и сенсорные технологии.
Исследование продемонстрировало, как многолетние эксперименты привели к созданию уникального «сэндвича» из атомных слоев, состоящего из двух ключевых компонентов. Первая часть структуры включает диспрозий титан — неорганическое соединение, применяемое в ядерных реакторах для улавливания радиоактивных материалов и магнитных монополей — особых частиц, обладающих свойствами однополюсных магнитов. Вторая часть, пирохлор иридат, представляет собой новый магнитный полуметалл с уникальными электронными и топологическими характеристиками, что делает его особенно ценным для исследований в области квантовой физики.
Оба материала часто классифицируются как «невозможные» из-за их уникальных свойств, которые ставят под сомнение традиционные нормы квантовой физики. Создание такого «сэндвича» не только открывает новые горизонты для проектирования искусственных квантовых материалов толщиной в 1-2 атома, но и способствует углублению научного понимания ранее недоступных фундаментальных свойств материи.
«Это исследование предоставляет новые возможности для создания квантовых материалов, которые смогут значительно продвинуть технологии, сенсоры следующего поколения и углубить наше понимание квантовой механики,» — отметил профессор экспериментальной физики Университета Ратгерса Джек Чахалян, один из ведущих авторов работы.
Для создания этого «сендвича» был разработан специальный прибор Q-DiP, использующий инфракрасный лазерный нагреватель. Эта технология позволяет создавать материалы слой за слоем на атомном уровне, что необходимо для изучения сложных квантовых свойств при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю.
Первая часть «сэндвича», состоящая из диспрозия титан (известного как спиновый лед), демонстрирует уникальные свойства: расположенные внутри микроскопические магниты, называемые спинами, формируют структуру, похожую на водяной лед. Эта необычная конфигурация способствует возникновению магнитных монополей — частиц, имеющих либо «плюс», либо «минус», что открывает новые горизонты в области фундаментальной физики.
Пирохлор иридат, в свою очередь, выделяется тем, что содержит фермионы Вейля — релятивистские частицы, которые обладают уникальными электронными свойствами, позволяющими им противостоять определённым видам помех. Эти свойства делают пирохлор иридат отличным кандидатом для использования в электронных устройствах, так как он демонстрирует повышенную проводимость и уникальную реакцию на магнитные поля.
Статические и динамические характеристики этих материалов могут оказать существенное влияние на создание новых стабильных квантовых состояний, необходимых для реализации квантовых вычислений. В случае успешной коммерциализации таких технологий, повседневная жизнь может измениться кардинально: от прорывных медицинских исследований и разработки новых лекарств до оптимизации логистики и инноваций в сфере искусственного интеллекта.
Проект демонстрирует, как новейшие разработки в области квантовой физики могут привести к практическим приложениям, которые изменят некоторые из основополагающих аспектов нашей жизни. К примеру, по данным Гарвардского университета, квантовые технологии способны ускорить вычисления на порядки, что может революционизировать такие сферы, как финансовый сектор, здравоохранение и логистика.
Это исследование не только открывает новые горизонты в области квантовых технологий, но и потенциал для будущих прорывов в области науки и инженерии.
