Комбинация металла и магнита изменяет будущее квантовых технологий

Ученые из Университета Бригантской Колумбии обнаружили инновационный материал, который совмещает характеристики металла и одномерного магнита. Соединение Ti₄MnBi₂ стало первым экспериментально подтверждённым примером системы, где магнитные импульсы распространяются в виде цепи, несмотря на металлический характер вещества. Это открытие переворачивает привычное представление о взаимодействии магнетизма и электричества на микроуровне и приближает нас к эпохе ультрабыстрых квантовых устройств.

Технически, материал действует как гибрид проводника и магнита, в котором маленькие магнитные «импульсы» формируют одномерные цепи, напоминающие нить из связанных между собой магнитов. В отличие от стандартных трёхмерных систем, в данном случае квантовая нестабильность препятствует созданию упорядоченной структуры даже при очень низких температурах. Ученые сравнивают это с построением башни из постоянно колеблющихся шаров, демонстрируя динамическую структуру, открывающую возможности для управления квантовыми состояниями.

Эксперименты с нейтронным рассеянием и моделирование на компьютере подтвердили: одномерный квантовый проводник не соглашается с классическими законами. Его магнитные цепочки тесно взаимодействуют с электронами проводимости, создавая среду, в которой преобладают квантовые эффекты. Это делает материал совершенной «площадкой» для изучения таких феноменов, как сверхпроводимость и переходы между металлическим и изоляторным состояниями — ключевыми процессами в развитии квантовых компьютеров.

«Раньше подобные системы существовали только в теории. Теперь у нас есть инструмент для разработки материалов, где магнетизм и проводимость не конкурируют, а дополняют друг друга», — объясняет профессор Мейган Аронсон, руководитель исследования. Команда вырастила свыше 400 кристаллов Ti₄MnBi₂ для проверки и подтверждения его уникальных свойств.

Практическая значимость данного открытия заключается в возможности создания спинтронных устройств, где передача информации осуществляется не электрическими зарядами, а магнитными импульсами. Это может привести к созданию памяти с рекордной плотностью и быстродействием, а также компонентов для квантовых симуляторов. Уже начаты исследования по применению квантовой цепи для улучшения стабильности кубитов.

Прогнозируется, что в ближайшем десятилетии на основе таких материалов будут разработаны прототипы устройств, превосходящих традиционные аналоги. «Мы стоим на пороге нового этапа в развитии квантовых технологий. Материалы, такие как Ti₄MnBi₂, станут основой для их создания», — заключает доктор Альберто Ночера, соавтор исследования. Ожидается, что дальнейшие работы позволят «настраивать» свойства таких соединений для конкретных применений, начиная от обработки данных и заканчивая датчиками нового поколения.

 

Источник: iXBT