RW Space

Материалы в квантовом состоянии обладают экзотическими свойствами, которые нарушают законы физики и открывают огромный потенциал для ученых, но они, как правило, невероятно хрупкие и требуют сверхнизких температур для существования и функционирования.

Когда дело доходит до максимально эффективного использования этих материалов и их характеристик, возникает проблема: их необходимо вывести из больших лабораторных холодильников.

Сейчас мы делаем еще один шаг к тому, чтобы это стало возможным.

Исследователи из Университета штата Луизиана разработали материал, который может демонстрировать квантовые странности при комнатной температуре. Он сделан из тонкой пленки золота на стеклянной крошке, на которой вырезаны микроскопические узоры.

Документ о работе опубликован в журнале Nature.

Решающее значение для работы нового материала при комнатной температуре имеет то, как он смещает фокус с электронов и атомов на фотоны (частицы света). Это преодолевает обычное разрушение на атомном уровне, которое приносит с собой тепло.

Этот материал известен как плазмонный метакристалл: «плазмонный», потому что свет, проходящий по нему, создает рябь электронов, известную как плазмоны, и «метакристалл», потому что это искусственно созданный кристалл.

Крошечные щелевые узоры, выгравированные на материале, действуют как искусственные атомы (метаатомы), которые определяют, насколько различны проходят группы фотонов (квантовое поведение).

«Разрабатывая распределение метаатомов в плазмонном метакристалле, мы можем систематически определять, какие квантовые характеристики могут проходить через структуру», — говорит физик Райли Докинз.

«Таким образом, наш кристалл по сути действует как статистический фильтр квантовых состояний».

Это означает, что когда свет проникает в чип и распространяется по поверхности золота, им манипулируют метаатомы – и, регулируя размер, форму и расстояние между щелями, можно получить разные конечные результаты на квантовом уровне.

На практике это означает, что определенные квантовые состояния света могут передаваться с меньшими затратами. нарушение.

«Мы называем это устойчивым транспортом. Эти квантовые состояния переносят информацию», — говорит физик Омар Маганья-Лоаиса.

«Наш кристалл может различать их и надежно перемещать из одной точки в другую, не требуя криогенного охлаждения. Именно это открывает двери для практических квантовых технологий».

Это можно использовать, например, для надежного перемещения квантовой информации без использования сверхнизких температур. Во многом это раннее открытие, подтверждающее концепцию, но оно показывает, что фундаментальная наука верна.

«Одной из самых захватывающих частей этого проекта было осознание того, что мы можем создать материал, который делает то, что природа не может обеспечить сама по себе», — говорит физик Чэнлун Ю.

«Было невероятно приятно увидеть, как он работает именно так, как мы предсказывали».

Использованные здесь методы можно расширить за пределы этого одного материала, говорят исследователи. Их исследование служит образцом, которому могут следовать другие команды, регулируя размер и расстояние между щелями по мере необходимости, чтобы настроить свойства кристалла и способы обработки света.

Свет сам по себе является квантовым: разные типы света (от лазерного света до ультрафиолетового света) имеют разные свойства. Хотя поведение квантового материала при комнатной температуре наблюдалось и раньше, это первая демонстрация этого в усовершенствованном чипе, сортирующем свет.

В целом, нетрадиционное поведение квантовых материалов обещает быть полезным в вычислениях, коммуникациях (включая квантовый Интернет) и энергетике – например, при сборе большего количества энергии от солнечного света с помощью солнечных батарей.

Угол солнечной батареи — это тот угол, который исследователи планируют исследовать в следующий раз, используя свой новый плазмонный метакристалл для лучшего направления входящего света. и терять меньше его в виде тепла.

Связано: Свет обычно ускоряет процесс. Ученые только что поймали его на обратном в наномире

«Для меня это был не просто проект — это было коллективное усилие, основанное на идее создания чего-то совершенно нового в квантовой технологии», — говорит физик Джаннатул Фердоус.

«Что сделало это по-настоящему захватывающим, так это то, что мы не только создавали новый класс квантового материала, работающего при комнатной температуре, но и разрабатывали теорию, позволяющую понять и контролировать его поведение».

Исследование имеет опубликовано в журнале Nature.

Эта статья была проверена Ребеккой Дайер и отредактирована Майклом Ирвингом. Хотя мы гордимся своим процессом, мы всего лишь люди. Если вы заметили ошибку, сообщите нам об этом.