Многие квантовые процессы могут наблюдаться только при очень низких температурах, что ограничивает их полезность в реальных условиях. Исследователи из Принстона продемонстрировали странное квантовое состояние, происходящее в материале при комнатной температуре.

Топологический изолятор — это материал со структурой, которая уникальным образом проводит электроны. Основная часть материала является изолятором, полностью предотвращающим течение электронов сквозь него. Однако тонкие слои на его поверхности и по краям обладают высокой проводимостью, что позволяет электронам свободно перемещаться с высокой скоростью. Эти странные свойства свидетельствуют о некоторых интригующих квантовых состояниях топологических изоляторов, которые могут быть полезны для создания новых квантовых технологий.

Большинство квантовых состояний чрезвычайно хрупки и нарушаются при вмешательстве. Тепло является основным триггером: когда материалы нагреваются, атомы в них вибрируют с более высокими энергиями, что нарушает квантовое состояние. Большинство экспериментов, использующих квантовые эффекты, необходимо проводить при температурах, близких к абсолютному нулю, когда движение атомов резко замедляется. Это обстоятельство делает такие технологии непрактичными для широкого использования.

В новом исследовании ученые из Принстона нашли способ обойти это и продемонстрировали квантовые эффекты в топологическом изоляторе при комнатной температуре. В качестве объекта экспериментов было выбрано неорганическое кристаллическое соединение – бромид висмута.

Станьте професіональним IT-рекрутером та заробляйте $1800 вже через два роки

РЕЄСТРУЙТЕСЯ!

Было обнаружено, что этот материал имеет нужную ширину изолирующего барьера, в котором электроны не могут существовать с определенными энергетическими уровнями. Эта зона должна быть достаточно широкой, чтобы защитить процесс от теплового шума, но не настолько широкой, чтобы нарушать эффект спин-орбитальной связи электронов, который жизненно важен для поддержания их стабильности. Было обнаружено, что ширина барьера бромида висмута составляет более 200 миллиэлектронвольт, что является «золотым сечением» для поддержания стабильного квантового состояния при комнатной температуре.

Команда подтвердила свое открытие, наблюдая так называемое краевое состояние квантового спинового зала — свойство, уникальное для этих топологических систем. Исследователи говорят, что этот прорыв будет полезен для развития квантовых технологий, таких как спинтроника – способ кодирования данных в спинах электронов, более эффективный, чем современная электроника. Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.

Источник: New Atlas