Учёные «замораживают» квантовое движение с помощью лазерного трюка: открытие откроет путь к новым технологиям

Команда учёных из Гарвардского университета и Швейцарского института Пауля Шеррера (PSI) впервые продемонстрировала возможность стабилизировать кратковременные квантовые состояния в материалах, используя сверхкороткие рентгеновские импульсы от лазера SwissFEL. Результаты опубликованы в журнале Nature Materials. Квантовые материалы могут проявлять уникальные свойства — от сверхпроводимости до высокоемких аккумуляторов. Однако эти свойства часто «спят» в естественном состоянии вещества и возникают лишь при внешнем возбуждении, например, при облучении светом.
Проблема в том, что такие световые возбуждённые состояния крайне нестабильны — они существуют всего несколько пикосекунд (триллионных долей секунды), что затрудняет их практическое использование. Чтобы решить эту проблему, учёные изучили соединение Sr₁₄Cu₂₄O₄₁ — так называемую «лестничную» купратную структуру. В этом соединении медь и кислород образуют цепочки и лестницы атомов, создавая почти одномерную структуру, идеальную для наблюдения квантовых явлений. Команда смогла вызвать и стабилизировать «метастабильное» квантовое состояние, которое сохранялось на протяжении нескольких наносекунд — что примерно в тысячу раз дольше обычного.
Как это работает?
В нормальном состоянии симметрия электронной структуры мешает заряду перемещаться между цепочками и лестницами. Но точно сфокусированный лазерный импульс временно нарушает эту симметрию, позволяя электронам квантово «туннелировать» в другое состояние. После отключения лазера симметрия восстанавливается, и система «застревает» в новом квантовом состоянии — достаточно долгом, чтобы его можно было изучить.
Для анализа процесса учёные использовали метод временнó разрешённого резонансного непружного рентгеновского рассеяния (tr-RIXS), который позволяет отслеживать динамику движения электронов, магнитных и орбитальных возбуждений в реальном времени. Эксперимент проводился на новой станции Furka установки SwissFEL, где удалось впервые зафиксировать столь продолжительное существование возбужденного электронного состояния.
Значение для технологий будущего
Это исследование представляет собой важный шаг к управлению квантовыми состояниями вне равновесия. Способность стабилизировать такие состояния открывает дорогу к созданию материалов с настраиваемыми функциями, которые смогут использоваться в ультрабыстрых оптоэлектронных устройствах, фотонных вычислениях и даже квантовой передаче информации.
«Мы теперь можем проектировать материалы, в которых квантовые состояния будут не просто появляться, а сохраняться достаточно долго для использования», — говорит Харри Падма, один из авторов исследования. В перспективе это также открывает возможность создания энергонезависимой памяти, в которой данные будут храниться в квантовых состояниях, индуцированных светом.
С этим материалом еще читают:
Самый короткий лазерный импульс в мире поведает тайны квантовой механики

Квантовая голограмма может хранить информацию

Испытания лазерной молнии проведены американской армией

Еще из категории технологии:
- Слышишь сигнал — но не видишь машину: скрытая проблема в безопасности электромобилей
- Новые наушники от Anker: шумоподавление, до месяца автономной работы и зарядка для смартфона
- Новое антибактериальное покрытие на основе белка "прыгающих блох" блокирует 100% бактерий
- Технология под рукой: сенсорные экраны смартфонов помогут следить за уровнем гидратации организма
- Эпоха экзафлопсных суперкомпьютеров наступила — что это значит и на что они способны?
- Частое использование ChatGPT связано с одиночеством и эмоциональной зависимостью
- Стартап по натрий-железным батареям готов бросить вызов литий-ионным батареям для долгосрочного хранения энергии
- ABB разрабатывает высокоманевренный и высокоэффективный морской винт
Последние комментарии
Рассылка топовых новостей
Читательский топ
- Ваш мозг может содержать пластик
- Таинственная пирамида Амазонии: священная гора Эль Коно может скрывать древние тайны
- Холодные погружения запускают процесс очистки клеток и могут лечить старение и болезни
- Какие страны увидят солнечное затмение 29 марта — и где будет двойной рассвет
- Первичные препараты не действуют на 48% людей с депрессией
- Апноэ во сне связано с повышенным риском болезни Паркинсона
- Частое использование ChatGPT связано с одиночеством и эмоциональной зависимостью
Комментариев нет. Будьте первым!