Новый материал показал экзотическое квантовое состояние

Многие квантовые эффекты могут быть получены только при очень низких температурах, что ограничивает их использование в реальных условиях. Новая интригующая разработка ученых в их число не входит. Ее планируют использовать во время создания технологий будущего.
Иллюстрация, изображающая топологический изолятор в действии. Фото: Shafayat Hossain and M. Zahid Hasan of Princeton University

Топологический изолятор — это материал с уникальной структурой. Основная его часть не позволяет потоку электронов проходить внутри, в то время как тонкие слои по краям обладают высокой проводимостью электрического тока. Учитывая эти странные свойства, топологические изоляторы могут содержать некоторые интригующие квантовые состояния. Их изучением и занимались специалисты Принстонского университета, пишет New Atlas.

Ученые экспериментировали с неорганическим соединением, известным под названием бромид висмута. Оказалось, что он имеет правильную ширину изолирующего барьера, в котором электроны не могут существовать с определенными энергетическими уровнями. Эта «запрещенная зона» бромида висмута составляет более 200 миллиэлектронвольт, что является «золотым пятном» для поддержания стабильного квантового состояния при комнатной температуре.

Напомним: большинство квантовых состояний чрезвычайно хрупки. Основной триггер для них — это тепло. Когда материалы нагреваются, атомы в них вибрируют с более высокими энергиями, что нарушает квантовое состояние. Таким образом, большинство экспериментов и технологий, использующих квантовые эффекты, необходимо проводить при температурах, близких к абсолютному нулю, когда движение атомов резко замедляется. Но это, в свою очередь, делает подобные технологии непрактичными для более широкого использования.

Исследователи подтвердили, что бромид висмута продемонстрировал квантовый эффект Холла — свойство, уникальное для топологических систем — при комнатной температуре. Этот прорыв будет полезен для развитии спинтроники. Речь идет о разделе квантовой электроники, для которого характерно кодирование данных в спинах электронов с более высокой эффективностью, чем в современной электронике.

«Просто потрясающе, что мы достигли этого без использования гигантского давления или сверхвысокого магнитного поля, — говорит Нана Шумия, соавтор исследования. — Я считаю, что наше открытие значительно продвинет квантовые границы». По ее словам, бромид висмута и другие подобные материалы являются доступным «сырьем» для разработки квантовых технологий следующего поколения.

Законы физики призваны помочь понять устройство нашего мира, но хорошо знающие их люди могут все только еще больше запутать. Без использования магии (и фотошопа) можно сделать много такого, что выходит далеко за рамки привычного
Во время загрузки произошла ошибка.
Обзоры новинок
Подробности о главных премьерах
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас