Ученые из Университета Рочестера в США сделали значительный шаг вперед в области квантовых технологий, обнаружив у скрученных двумерных материалов уникальные оптические свойства. Согласно проведенному исследованию, путем расположения двух одноатомных слоев определенного материала и их скручивания под большими углами, специалисты получили экситоны — искусственные атомы, которые могут использоваться в качестве кубитов, основополагающих единиц квантовых вычислений.
Экспериментальное исследование базируется на манипуляциях с диселенидом молибдена — двумерным материалом, который, в отличие от графена, менее стабилен, но обладает исключительными свойствами. При скручивании его слоев до углов в 40°, физикам удалось активировать так называемые «тёмные экситоны» — частицы, которые обычно не взаимодействуют со светом.
«Если бы у нас был только один слой материала, то экситоны оставались бы «невидимыми» для света. Однако благодаря процессу скручивания мы создаём управляемые искусственные атомы, которые защищены от внешних воздействий», — объясняет Никколас Вамивакас, профессор оптической физики и один из авторов исследования.
Исследование развивает идеи, за которые в 2010 году была присуждена Нобелевская премия по физике за открытие графена. Ранее ученые изучали муаровые сверхрешётки — структуры, появляющиеся при перекрытии и слабом скручивании (например, на 1,1°) двумерных материалов. Эти конфигурации демонстрировали сверхпроводимость и другие экзотические свойства. Однако команда из Рочестера выбрала иной подход: они решили использовать диселенид молибдена вместе с большими углами скручивания, что в итоге привело к получению стабильных экситонов с высокой стойкостью к воздействию света.
«Это оказалось неожиданностью. Диселенид молибдена долгое время считался менее обещающим материалом для сохранения данных по сравнению с другими аналогами. Теперь же мы уверены: данный метод, примененный к другим материалам, может привести к ещё более впечатляющим результатам», — заявил аспирант Арнаб Барман Рэй.
По мнению исследователей, открытие станет платформой для создания новых квантовых устройств. «Искусственные атомы могут стать элементами памяти для квантовых компьютеров, узлами в квантовых сетях или компонентами оптических резонаторов. В перспективе это может привести к разработке сверхмощных лазеров и симуляторов квантовых процессов», — добавляет Вамивакас. Ученые планируют продолжать эксперименты с другими материалами в стремлении приблизить эпоху практического применения квантовых систем.
Источник: iXBT
