Странен материал демонстрира екзотично квантово състояние при стайна температура

Сподели

Много квантови ефекти могат да бъдат произведени само при изключително ниски температури, което ограничава колко полезни биха били те в реални условия. Сега изследователи от Принстън демонстрираха странно квантово състояние, протичащо в материал при стайна температура.

Топологичният изолатор е материал със структура, която провежда електрони по уникален начин. По-голямата част от материала е изолатор, напълно предотвратяващ потока на електрони през него. Въпреки това тънките слоеве на повърхността и по краищата му са силно проводими, което позволява на електроните да текат свободно при висока ефективност. Предвид тези странни свойства, топологичните изолатори могат да приемат някои интригуващи квантови състояния, които могат да бъдат полезни за изграждането на бъдещи квантови технологии.

Но, разбира се, има една уловка: повечето квантови състояния са изключително крехки и се разпадат пред лицето на намесата. Топлината или топлинният шум е основен тригер – когато материалите се затоплят, атомите в тях вибрират с по-високи енергии, което нарушава квантовото състояние. Като такива, повечето експерименти и технологии, които използват квантови ефекти, трябва да се извършват при температури, близки до абсолютната нула, където движенията на атомите се забавят. Но това от своя страна прави тези технологии непрактични за по-широко използване.

В новото проучване изследователите от Принстън намериха начин да заобиколят това, наблюдавайки квантови ефекти в топологичен изолатор при стайна температура. Техният избран материал беше неорганично кристално съединение, известно като бисмутов бромид.

Установено е, че този материал има точно правилната ширина на лентата, изолираща „бариера“, където електроните не могат да съществуват с определени енергийни нива. Тази забранена лента трябва да бъде достатъчно широка, за да предпазва от топлинен шум, но не толкова широка, че да наруши ефекта на спин-орбитално свързване на електроните, което е жизненоважно за поддържането им стабилни. Установено е, че бисмутовият бромид има забранена лента от над 200 милиелектронволта, точно в „сладкото място“, за да поддържа квантовото състояние стабилно при стайна температура.

Екипът потвърди своето откритие, като наблюдава това, което се нарича a квантов ръб на спин хол, свойство, което е уникално за тези топологични системи. Изследователите казват, че този пробив ще бъде полезен за напредъка на квантовите технологии като спинтрониката, нововъзникващото поле, което кодира данни в завъртанията на електроните с по-висока ефективност от сегашната електроника.

„Това е просто страхотно, че ги открихме без огромно налягане или свръхвисоко магнитно поле, като по този начин направихме материалите по-достъпни за разработване на следващо поколение квантова технология“, каза Нана Шумия, съавтор на изследването. „Вярвам, че нашето откритие значително ще напредне в квантовата граница.“

Изследването е публикувано в списанието Природни материали.

източник: Принстънския университет



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели