• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
28.10.2022
Александра Медведева
6 411

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
Позавчера, 17:01
Андрей

Международная группа геологов выяснила, когда начал отступать антарктический ледник Туэйтса, который называют «ледником Судного дня».

Позавчера, 15:05
Ольга Иванова

Немецкие ученые изучили Danionella cerebrum — небольшой вид рыб длиной около 12 миллиметров. И выяснили, как эта крошка способна издавать звуки более 140 децибел.

Вчера, 19:13
Юлия Трепалина

Микро- и нанопластик находят повсюду: в почве, воде и воздухе. Ранее исследователи предложили немало оригинальных вариантов удаления этих вездесущих частиц, но недавно выяснилось, что одним эффективным методом очистки от них питьевой воды люди пользуются с древних времен.

Позавчера, 17:01
Андрей

Международная группа геологов выяснила, когда начал отступать антарктический ледник Туэйтса, который называют «ледником Судного дня».

Позавчера, 15:05
Ольга Иванова

Немецкие ученые изучили Danionella cerebrum — небольшой вид рыб длиной около 12 миллиметров. И выяснили, как эта крошка способна издавать звуки более 140 децибел.

26 февраля
Дарья Губина

В 2022 году зонд DART столкнулся с Диморфом, спутником астероида Дидим. Ученые хотели проверить, можно ли сбить с траектории небольшое, но потенциально опасное для нашей жизни космическое тело. Оказалось, DART не только изменил орбиту маленького объекта, но и полностью его «переворошил».

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

22 февраля
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: