Титанат стронция десятилетиями использовался как дешевая замена алмазам в ювелирных изделиях или как подложка для выращивания других материалов. Но когда инженеры Стэнфордского университета протестировали его при температуре минус 268 градусов Цельсия — близкой к абсолютному нулю — результаты оказались поразительными. В то время как большинство материалов при таком экстремальном холоде теряют свои полезные свойства, титанат стронция, наоборот, становится значительно эффективнее.
«Титанат стронция имеет в 40 раз более сильные электрооптические эффекты, чем самые эффективные электрооптические материалы, которые используются в наши дни. При этом он может работать при криогенных температурах, что выгодно для создания квантовых преобразователей и переключателей — текущих узких мест в квантовых технологиях», — объясняет старший автор исследования, профессор электротехники в Стэнфорде Елена Вукович.
Электрооптический эффект позволяет управлять светом с помощью электрического поля — менять его частоту, интенсивность, фазу и направление. При температуре 5 Кельвинов нелинейный оптический отклик титаната стронция оказался в 20 раз выше, чем у ниобата лития — лидера среди нелинейных оптических материалов, и почти в три раза превысил показатели титаната бария, предыдущего криогенного эталона.
«При низкой температуре титанат стронция оказался не только самым электрически настраиваемым оптическим материалом, который мы знаем, но и самым пьезоэлектрически настраиваемым», — отмечает соавтор работы Кристофер Андерсон. Пьезоэлектричество означает, что материал физически расширяется и сжимается под влиянием электрических полей, что делает его идеальным для создания новых электромеханических компонентов, работающих в экстремальном холоде.
Чтобы еще больше улучшить свойства материала, инженеры заменили часть атомов кислорода в кристалле на более тяжелые изотопы. «Добавив всего два нейтрона ровно к 33 процентам атомов кислорода в материале, мы увеличили настраиваемость в четыре раза», — говорит Андерсон.
Открытие может найти применение не только в квантовых компьютерах, но и в космических технологиях — в вакууме космоса или в криогенных топливных системах ракет. «Мы нашли этот материал буквально на полке, использовали его, и он оказался потрясающим. Но главное то, что мы знали, как сделать его еще лучше и создали в итоге лучший в мире материал для применения в квантовой сфере», — резюмирует Андерсон.
Ранее российские физики по-новому описали «охлаждение» квантовой жидкости.
