Все, что вы хотели знать об ИИ, — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
28 октября
Александра Медведева
5 988

Ученые наблюдали новое квантовое состояние при комнатной температуре

4.7

У американских исследователей впервые получилось создать топологический изолятор (его поверхностный слой проводит электрический ток) и наблюдать в нем квантовые эффекты. Это стало возможно благодаря правильно выбранному материалу — бромиду висмута.

Структура топологического изолятора из бромида висмута
Структура топологического изолятора из бромида висмута/ © Shafayat Hossain and M. Zahid Hasan of Princeton University

Топологический изолятор — материал, который в объеме представляет собой диэлектрик (изолятор), но его поверхность проводит электрический ток, то есть благодаря внутренней топологии электроны могут перемещаться только по поверхности материала. Это уникальное свойство позволило ученым демонстрировать на топологических изоляторах различные квантовые эффекты.

Однако исследователи из Принстонского университета (США) впервые смогли наблюдать их при комнатной температуре, тогда как обычно для наблюдения квантовых состояний требуется температура, не сильно превышающая абсолютный ноль (минус 273,15 градуса Цельсия). Работа, результаты который опубликованы в журнале Nature Materials, открывает новые возможности для разработки квантовых технологий.

В последние годы изучение топологических состояний находится в центре научного интереса множества исследователей. Эта область объединяет квантовую физику с топологией — разделом теоретической математики, изучающим явление непрерывности. Новые топологические свойства востребованы как с точки зрения фундаментальной физики, так и для поиска приложений в квантовой инженерии и нанотехнологиях.

Главная проблема — высокие температуры, при которых поверхностные электроны топологического изолятора вторгаются внутрь: тогда весь объем материала тоже начинает проводить ток, что ослабляет или разрушает особые квантовые эффекты. Чтобы преодолеть это ограничение, можно проводить эксперименты при очень низких температурах, но это трудоемко и нецелесообразно для многих приложений.

Теперь ученые нашли новый способ обойти эту проблему. Изоляторы, как и полупроводники, имеют так называемые запрещенные зоны — барьеры, которые электроны не могут преодолеть. Достаточная ширина запрещенной зоны топологического изолятора позволяет справиться с повышением температуры. Но слишком большая запрещенная зона может нарушить спин-орбитальное взаимодействие электронов — их взаимодействие с собственными магнитными моментами. В этом случае топологическое квантовое состояние также разрушается.

Поэтому для поддержания квантового эффекта нужно найти баланс между шириной запрещенной зоны и эффектом спин-орбитального взаимодействия. Такой топологический изолятор ученым удалось изготовить из бромида висмута: структура этого материала позволяла наблюдать квантовые эффекты даже при комнатной температуре.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 19:19
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

Вчера, 15:40
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

9 часов назад
Александр Березин

Также это повышает шансы на вовлечение волка в другие виды рискованной деятельности. Работа может иметь прикладное значение и для человеческих обществ, поскольку сходное влияние известно и для людей.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

20 ноября
Мария Азарова

Во время экспериментов с гнотобиотическими мышами, которые с рождения содержатся в стерильных условиях и ни разу в жизни не встречаются с микробами, исследователи заметили, что ни один из образцов фекалий таких стерильных животных не плавает, а сразу тонет. И это натолкнуло их на интересную мысль.

Вчера, 19:19
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

25 октября
Анна Новиковская

Оказалось, наши пушистые питомцы как минимум прекрасно различают, обращается владелец к ним или к другому человеку — и соответственно меняют свое поведение. А вот на голос незнакомца они обычно не реагируют.

1 ноября
Анна Новиковская

Когда мы представляем взаимодействие неандертальцев с нашими предками, первобытными людьми, то обычно думаем об агрессивных стычках и конкуренции на охоте. Однако теперь ученые выяснили, что два вида людей взаимодействовали на протяжении как минимум 200 тысяч лет — это слишком долгий срок для активных военных действий, но достаточный для постепенного «растворения» одного вида в другом.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: