Перовскиты решают основную задачу квантовых технологий: квантовые технологии без использования холодильников

Группа международных ученых в области физики раскрыла механизм, посредством которого гибридные перовскиты способны поддерживать макроскопическую квантовую когерентность при обычной комнатной температуре. Итоги работы проливают свет на природу суперфлуоресценции, наблюдаемой в этих материалах — одновременное излучение света многими экситонами (парами электронов и дырок), которое не требует криогенных условий. Это открытие предоставило ясные принципы для создания материалов, сохраняющих квантовые состояния в стандартных условиях.

В ходе экспериментов было выявлено, что при лазерной стимуляции в перовскитах образуются солитоны — устойчивые волновые образования, объединяющие поляроны (электроны, взаимодействующие с локальными деформациями кристаллической решётки) в организованные группы. Это снижает тепловые возмущения, которые обычно нарушают квантовую когерентность. Исследователи наблюдали переход от хаотических колебаний в поляронной группе к упорядоченному солитонному состоянию, используя для этого анализ флуктуаций светового излучения и моделирование.

Модель эффективного поля предсказала образование солитонов при достижении определенной плотности поляронов, а расчёты подтвердили устойчивость решётки к влиянию тепловых колебаний.

Исследование впервые установило связь между процессом перехода (например, суперфлуоресценцией после лазерного импульса) и равновесными фазовыми переходами, характерными для сверхпроводников.

«Солитоны формируются, когда плотность поляронов превышает критический порог, — объяснил Мустафа Тюре, один из соавторов исследования. — До этого момента они проявляют хаотичное поведение, но затем синхронизируются, подобно птицам в стае». Кенан Гюндогду, руководитель группы, отметил, что ключ к уникальным свойствам перовскитов кроется в сочетании критической плотности поляронов и их взаимодействии с кристаллической решёткой.

Суперфлуоресценция обычно требует условий, близких к абсолютному нулю, из-за разрушающего воздействия тепловых колебаний. Однако перовскиты благодаря своей гибкой решётке удерживают когерентность длительнее в 10–100 раз по сравнению с другими материалами, что ведет к созданию квантовых компьютеров без использования криогенных систем, энергоэффективных лазеров и светодиодов, а также квантовых сенсоров для медицины.

Следующим шагом будет разработка библиотеки перовскитных структур с заданными параметрами. «Теперь у нас есть определённые критерии: тип решётки и плотность поляронов. Это как план для инженеров в квантовой эпохе», — отметил Франки Со, соавтор исследования.

Источник: iXBT