Американские учёные объединили два экзотических материала с необычными квантовыми свойствами. Каждый из них ранее считали невозможным. Теперь исследователи уверены: новая структура откроет путь к созданию квантовых сенсоров и компьютеров следующего поколения.
Команда физиков из США впервые объединила титанат диспрозия и пирохлориридат в одном устройстве. Эти два материала ранее не удавалось сшить из-за радикально разных свойств. Чтобы решить задачу, учёные разработали новую установку Q-DiP. Она использует два лазера — один нагревает соединение, второй управляет точностью соединения на атомном уровне.
Итог — микроскопическая структура, похожая на сэндвич: тонкий слой спинового льда слили с магнитным полуметаллом. Исследование опубликовал журнал Nano Letters.
Титанат диспрозия — неорганическое соединение, которое применяют в ядерных реакторах. Учёные называют его «спиновым льдом»: внутри кристаллической решётки прячутся крошечные магниты — спины. Они выстраиваются так же, как молекулы воды во льду. Эта структура позволяет спинам вести себя как магнитные монополи — частицы, у которых только один магнитный полюс. В природе такие не встречаются.
Пирохлориридат — полуметалл, способный проводить электричество и откликаться на магнитные поля очень нестандартным способом. Внутри него движутся фермионы Вейля — квазичастицы, которые почти не теряют энергию и перемещаются почти со скоростью света. Такие материалы изучают в рамках квантовой электроники.
Каждый из этих материалов по отдельности нарушает привычные правила квантовой физики. Но соединить их в одном устройстве — задача из разряда невозможных. Теперь учёные получили стабильную структуру, в которой сочетаются их уникальные свойства.
Исследователи уверены, что новый материал пригодится в квантовых датчиках и вычислительных системах. Его магнитные и электронные характеристики помогут создавать стабильные квантовые состояния — это основа работы квантовых компьютеров.
