Учёные объединили пирохлориридат с титанатом диспрозия в «квантовый сэндвич», открывающий новые возможности для квантовых технологий

Международная команда учёных под руководством исследователей из Ратгерского университета в США создала инновационный материал, объединив два монослоя атомарной толщины. Каждый из этих слоёв обладает такими уникальными характеристиками, что их долгое время считали недостижимыми в рамках современной квантовой теории. Разработка материала заняла четыре года, и результаты исследования представлены на официальном сайте университета.

Одним из слоёв материала выступает титанат диспрозия. Это неорганическое соединение служит в ядерных реакторах для захвата радиоактивных частиц. Внутри него формируются так называемые магнитные монополи — редчайшие частицы, которых нет в свободной форме в природе. Они возникают благодаря квантовым взаимодействиям в специфическом состоянии, именуемом «спиновый лёд». Второй слой представляет собой пирохлориридат, являющийся полуметаллом с особыми магнитными свойствами, активно изучаемыми в экспериментальной физике. Он эффективно проводит электрический ток, оригинально взаимодействует с магнитными полями и демонстрирует уникальные характеристики под воздействием электромагнитных волн.

Оба материала тесно связаны с корпускулярно-волновой дуальностью — фундаментальным принципом квантовой механики, который лежит в основе работы таких устройств, как лазеры, транзисторы и МРТ-установки. Их совокупность формирует структуру с исключительными электронными и магнитными свойствами, способными значительно продвинуть квантовые технологии, например, повысить стабильность квантовых вычислительных систем или открыть пути к созданию сверхчувствительных сенсоров.

Процесс создания этого материала был чрезвычайно сложен. Учёные разработали специальный инструмент, названный Q-DiP (платформа для детекции квантовых явлений). Эта установка включает в себя инфракрасный лазер для нагрева и второй лазер для помо-атомного формирования материала. Оборудование позволяет работать при крайне низких температурах, близких к абсолютному нулю (-273°C), где квантовые эффекты проявляются максимально ярко. Обычно квантовые свойства проявляются только на микроскопических масштабах, однако команде удалось сохранить их в более крупных трёхмерных структурах.

Источник: iXBT