Развитие новых информационных и коммуникационных технологий ставит новые задачи перед учеными и промышленностью. Разработка новых квантовых материалов, исключительные свойства которых обусловлены квантовой физикой, является наиболее многообещающим способом решения этих задач. Международная команда, возглавляемая Женевским университетом (UNIGE) и включающая исследователей из университетов Салерно, Утрехта и Делфта, разработала материал, в котором динамикой электронов можно управлять, искривляя структуру пространства, в котором они эволюционируют. Эти свойства представляют интерес для электронных устройств следующего поколения, включая оптоэлектронику будущего. С этими результатами можно ознакомиться в журнале Природные материалы.
Телекоммуникации будущего потребуют новых, чрезвычайно мощных электронных устройств. Они должны быть способны обрабатывать электромагнитные сигналы с беспрецедентными скоростями, в пикосекундном диапазоне, то есть в одну тысячную миллиардной доли секунды. Это немыслимо с современными полупроводниковыми материалами, такими как кремний, который широко используется в электронных компонентах наших телефонов, компьютеров и игровых консолей. Чтобы достичь этого, ученые и промышленность сосредотачиваются на разработке новых квантовых материалов.
Благодаря своим уникальным свойствам - особенно коллективным реакциям составляющих их электронов - эти квантовые материалы могут быть использованы для захвата, манипулирования и передачи сигналов, несущих информацию (например, фотонов, в случае квантовых телекоммуникаций), в новых электронных устройствах. Более того, они могут работать в электромагнитных частотных диапазонах, которые еще не были исследованы, и, таким образом, открыли бы путь к очень высокоскоростным системам связи.
Варп-двигатель
"Одно из самых захватывающих свойств квантовой материи заключается в том, что электроны могут эволюционировать в искривленном пространстве. Силовые поля, обусловленные этим искажением пространства, населенного электронами, генерируют динамику, полностью отсутствующую в обычных материалах. Это выдающееся применение принципа квантовой суперпозиции", - объясняет Андреа Кавилья, действительный профессор кафедры физики квантовой материи факультета естественных наук UNIGE и последний автор исследования.
После первоначального теоретического исследования международная группа исследователей из университетов Женевы, Салерно, Утрехта и Делфта разработала материал, в котором кривизна пространственной ткани поддается контролю. "Мы разработали интерфейс, содержащий чрезвычайно тонкий слой свободных электронов. Он зажат между титанатом стронция и алюминатом лантана, которые являются двумя изолирующими оксидами", - говорит Кармайн Ортикс, профессор Университета Салерно и координатор теоретического исследования. Эта комбинация позволяет нам получать конкретные электронные геометрические конфигурации, которыми можно управлять по требованию.
По одному атому за раз
Чтобы достичь этого, исследовательская группа использовала передовую систему для изготовления материалов в атомном масштабе. Используя лазерные импульсы, каждый слой атомов укладывался один за другим. "Этот метод позволил нам создать особые комбинации атомов в пространстве, которые влияют на поведение материала", - детализируют исследователи.
Хотя перспектива технологического использования все еще далека, этот новый материал открывает новые возможности в исследовании очень высокоскоростного манипулирования электромагнитными сигналами. Эти результаты также могут быть использованы для разработки новых датчиков. Следующим шагом исследовательской группы будет дальнейшее наблюдение за тем, как этот материал реагирует на высокие электромагнитные частоты, чтобы более точно определить его потенциальные области применения.
Комментарии