Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне (UCI) обнаружили новое состояние вещества в синтезированном ими материале, которое может переосмыслить границы квантовых вычислений и космических исследований. Это открытие обещает привести к созданию более эффективных, радиационно-устойчивых компьютеров, способных работать в экстремальных условиях глубокого космоса.
Открытие, опубликованное в Physical Review Letters, описывает ранее не наблюдавшуюся квантовую фазу, в которой электроны и их «дырки» спонтанно объединяются, образуя экзотические состояния, называемые экситонами.
Как объясняет ведущий автор исследования Луис А. Хауреги, профессор кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета в Ирвайне, это явление уникально, поскольку частицы вращаются в одном направлении, образуя необычную структуру. Это похоже на то, как будто вода имеет четвёртое, ранее неизвестное состояние, помимо жидкого, твёрдого и газообразного. Если взять этот материал в руку, он испускает яркий высокочастотный свет.
Материалом, ответственным за это явление, является пентателлурид гафния, разработанный Цзиньюй Лю, постдоком в лаборатории Хурэги и первым автором статьи. Чтобы подтвердить существование квантового состояния, группа подвергла соединение воздействию чрезвычайно сильного магнитного поля — до 70 тесла, что в 700 раз сильнее магнита на холодильнике. Эксперименты проводились в Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) в Нью-Мексико.
Ключ к этому открытию кроется в неожиданном поведении материала: его электропроводность резко падает при приложении магнитного поля. Хауреги объясняет, что это падение свидетельствует о переходе материала в новое квантовое состояние. По словам физика, это явление предполагает, что информация может передаваться не через заряд, как в современных устройствах, а через спин частиц.
Обратите внимание: Ужасающий ураган Хелен показали из космоса.
Такой подход может значительно снизить энергопотребление и проложить путь к спинтронике и более стабильным квантовым устройствам.Но значение этого открытия выходит далеко за рамки энергоэффективности. В отличие от традиционных полупроводников, этот материал устойчив к радиации, что критически важно для длительных космических миссий. «Если мы хотим, чтобы компьютеры нормально работали на Марсе или в межзвёздных путешествиях, нам нужны компоненты, которые не выйдут из строя даже после многих лет воздействия космических лучей», — подчеркнул Хурэги. Такие компании, как SpaceX, которая планирует отправить людей на Марс, потенциально могли бы использовать эту технологию, хотя учёный признаёт, что пока рано предсказывать все возможные варианты её применения.
Синтез и исследование пентателлурида гафния были результатом междисциплинарного сотрудничества. Помимо Цзиньюй Лю, в работе также участвовали аспиранты Роберт Вельсер и Тимоти МакСорли, а также университетский исследователь Триет Хо. Теоретическая часть исследования была выполнена группой из Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL), в которую входили Шизенг Линь, Варша Субраманян и Авад Саксена. Эксперименты с экстремальными магнитными полями проводились при поддержке Лорела Уинтера и Майкла Т. Петтса (LANL), а также Дэвида Графа из Национальной лаборатории сильных магнитных полей во Флориде.
Хотя коммерческое применение пока ещё не наступило, это открытие знаменует собой важную веху в физике материалов. «Мы не знаем, какие двери это откроет, но это совершенно новая область, и это всегда волнительно», — сказал Хауреги. Под пристальным вниманием аэрокосмической промышленности и разработчиков квантовых компьютеров пентателлурид гафния становится потенциальным кандидатом на решение двух важнейших технологических задач этого столетия: энергоэффективности и выживания в космосе.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
- Правительство Канады выделило контракт на 4,7 миллиона канадских долларов (около 3,4 миллиона долларов США) компании Canadensys Aerospace для начала концептуальной разработки Lunar Utility Rover (LUV) — нового тяжелого лунного лунохода массой около одной
- Группа исследователей из Университета Падуи, Барселонского университета и Университета Пизы выдвинула новую теорию, которая пересматривает первые мгновения существования Вселенной и отделяет инфляцию от традиционных космологических моделей