Strzał w dziesiątkę w dziedzinie półmetali
Badacze zajmujący się półmetalami zrobili ważny krok naprzód. Chodzi o odkrycie materiału, który może przyczynić się do rozwoju zaawansowanych technologii kwantowych. Naukowcy z Austrii i Stanów Zjednoczonych udowodnili, że badany przez nich półmetal może naturalnie osiągać kwantowy stan krytyczny bez ingerencji z zewnątrz. Praca opublikowana w czasopiśmie „Science Advances” opisuje badanie, które otrzymało wsparcie z finansowanego ze środków UE projektu EMP. Przejście materiału z jednej fazy do drugiej, na przykład z fazy stałej do ciekłej, jak w przypadku ogrzanego i topiącego się lodu, zazwyczaj ma związek ze zmianą temperatury. Przemiany fazowe dotyczą także przypadków przechodzenia do stanów magnetycznych i nadprzewodzących. Naukowcy badający właściwości kwantowe materiałów starają się wywoływać przemiany fazowe w temperaturze zera bezwzględnego, w której zachodzą fluktuacje kwantowe. Punkt, w którym dochodzi do takiej przemiany, nazywa się kwantowym punktem krytycznym. „Zbliżenie się do tego punktu jest zazwyczaj niezwykle trudne i nigdy nie ma całkowitej pewności, że badany materiał osiągnie rzeczywisty kwantowy punkt krytyczny”, zauważa Wesley Fuhrman z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, główny autor badania, w informacji prasowej opublikowanej w witrynie „EurekAlert!”. „To jak gra w rzutki, przy czym pole centralne na tablicy staje się coraz mniejsze wraz ze spadkiem temperatury”.
Co się kryje w półmetalu?
Badany materiał składał się z jednej części ceru (Ce), czterech części rutenu (Ru) i sześciu części cyny (Sn), a za jego wytworzenie odpowiedzialny był Uniwersytet Techniczny w Wiedniu – partner projektu EMP. Badania podatności magnetycznej i ciepła właściwego oraz eksperymenty wykorzystujące nieelastyczne rozpraszanie neutronów wykazały, że półmetal CeRu4Sn6 osiąga kwantowy punkt krytyczny naturalnie, bez udziału czynników zewnętrznych. „CeRu4Sn6 wydaje się samoczynnie osiągać kwantowy punkt krytyczny bez naszej ingerencji – w tym przypadku rzutka zawsze trafia w środek”, mówi Fuhrman. „Materiał w kwantowym punkcie krytycznym idealnie nadaje się do manipulacji, ponieważ znajduje się na granicy kilku faz”, dodaje badacz, zwracając jednocześnie uwagę na to, że zdolność do manipulowania stanami kwantowymi jest niezwykle ważna z punktu widzenia rozwoju technologii kwantowych. W komputerach kwantowych – najlepiej znanym przykładzie takiej technologii – informacje są zapisywane za pomocą kubitów, których stany kwantowe próbują obecnie kontrolować naukowcy. Nowy półmetal wydaje się posiadać pewne stany kwantowe o dużej stabilności, których siły zewnętrzne nie są w stanie łatwo zakłócić, dzięki czemu jest on obiecującym materiałem, który być może będzie można zastosować w komputerach kwantowych. Choć wymagane są dodatkowe badania, zespół projektu ma nadzieję, że będzie można opracować inne materiały zdolne do osiągania takich stanów kwantowych. Jest to ważne, ponieważ na potrzeby technologii kwantowych potrzebna będzie duża liczba tego typu materiałów, jak Fuhrman wyjaśnia w informacji prasowej. „Sam proces spalania w cylindrze nie czyni samochodu. Aby technologia kwantowa stała się rzeczywistością, potrzebne są kwantowe lodówki, kwantowe czujniki, a także kubity stanowiące podstawę komputerów kwantowych”. Projekt EMP (European Microkelvin Platform) jest koordynowany przez niemiecki Uniwersytet w Heidelbergu. Projekt ten zakończy się w czerwcu 2023 roku i ma w zamierzeniu zapewnić udoskonaloną platformę do prowadzenia badań ultraniskich temperatur, skupiających się materiałach i technologiach kwantowych. Więcej informacji: strona projektu EMP
Słowa kluczowe
EMP, półmetal, materiał kwantowy, kwantowy punkt krytyczny, stan kwantowy, technologia kwantowa
