|
Странное квантовое свойство изолятора будущего
|
|
|
|
Сверхбыстрая передача данных и сверхпроводимость: квантовые материалы открывают значительные технологические перспективы — если мы сможем понять их на атомном уровне. Команда из Женевского университета (UNIGE) в сотрудничестве с Университетом Салерно, Институтом материаловедения Барселоны и Национальным исследовательским советом Италии смогла наблюдать «квантовую метрику» в топологическом изоляторе — уникальное геометрическое свойство этих материалов, которые проводят электричество только по своей поверхности. Опубликованная в журнале Nature Materials, эта работа представляет собой важный шаг на пути к освоению материалов будущего.
|
|
|
|
Не все материалы проводят электричество одинаково. Эти различия возникают из-за поведения электронов, составляющих материал. Среди них особый интерес для ученых представляют топологические изоляторы, открытые в 2006 году. Подобно обычным изоляторам, они блокируют поток электрического тока через свою внутреннюю часть, но, что примечательно, позволяют ему свободно течь по своей поверхности.
|
|
|
|
Это явление объясняется уникальными свойствами электронов на поверхности материала. Эти свойства могут оказаться бесценными для электроники будущего, особенно в области квантовых вычислений. Одно из таких свойств известно как «квантовая метрика». Ее измерение позволяет ученым описать геометрическую структуру пространства, в котором движутся электроны.
|
|
|
|
|
|
|
Новое наблюдение «квантовой метрики»
|
|
|
|
В 2025 году группа под руководством Андреа Кавильи, профессора кафедры квантовой физики материи (DQMP) физического факультета Женевского университета, впервые эмпирически измерила это свойство — до этого оно существовало только в теории.
|
|
|
|
Эксперимент проводился на квантовом материале, состоящем из титаната стронция и алюмината лантана. Теперь, в новом исследовании, проведенном в сотрудничестве с Университетом Салерно, Институтом материаловедения Барселоны и Итальянским национальным исследовательским советом, группа сообщает об успешном наблюдении того же эффекта в трехмерном топологическом изоляторе.
|
|
|
|
Этот прорыв открывает путь к лучшему контролю электрических свойств материалов следующего поколения.
|
|
|
|
«Существует несколько семейств топологических изоляторов», — объясняет Джакомо Сала, старший научный сотрудник UNIGE DQMP и ведущий автор исследования.
|
|
|
|
«Материал, который мы использовали в этой работе, состоит из сурьмы и теллура, двух металлоидов со свойствами, промежуточными между свойствами металлов и неметаллов. Это один из наиболее широко изученных топологических изоляторов на сегодняшний день, и его потенциальные области применения весьма многообещающи».
|
|
|
|
На пути к лучшему пониманию новых материалов
|
|
|
|
«Эти новые результаты расширяют и подтверждают наши предыдущие наблюдения, полученные с использованием совершенно другого материала. Более того, они показывают, что квантово-метрические эффекты можно контролировать электрически», — говорит Андреа Кавилья, руководитель исследования.
|
|
|
|
«Всё научное сообщество теперь имеет новое свойство для изучения в материалах будущего, в частности, для исследования того, как геометрические свойства электронов могут раскрыть фундаментальную природу этих материалов».
|
|
|
|
В конечном итоге эти материалы могут заменить технологии, используемые в настоящее время для передачи, обработки и хранения данных.
|
|
|
|
Источник
|
