ВСЛУХ

Идеальный переключатель: редкое явление в металле открывает новые возможности для квантовых технологий

Идеальный переключатель: редкое явление в металле открывает новые возможности для квантовых технологий
При комнатной температуре материал ведет себя как металл, но при понижении температуры становится изолятором.


Это явление происходит в пурпурной бронзе — уникальном одномерном металле, состоящем из проводящих цепочек атомов. Исследование, проведенное Бристольским университетом и опубликованное в журнале Science, показывает существование двух противоположных электронных состояний в этом материале — изолятора с нулевой проводимостью и сверхпроводника с неограниченной проводимостью.

Удивительным фактом является то, что малейшие изменения в окружающей среде, такие как тепло или свет, могут мгновенно изменить состояние материала — из изолятора он может превратиться в сверхпроводник и наоборот. Это явление, названное «эмерджентной симметрией», может быть ключом к созданию идеального переключателя для будущих квантовых технологий.

Руководитель исследования, профессор Найджел Хасси из Бристольского университета, назвал это открытие захватывающим и потенциально важным для квантовых устройств будущего. Этот уникальный результат исследования возник благодаря работе двух аспирантов, Сяофэна Сюя и Ника Уэйкхема, которые измерили магнитосопротивление пурпурной бронзы.

Обнаружено, что сопротивление материала сильно зависит от направления электрического тока и температуры. При комнатной температуре материал ведет себя как металл, но при понижении температуры становится изолятором. При еще более низких температурах материал внезапно переходит в сверхпроводящее состояние, и его сопротивление резко падает.

Интересно то, что хотя сопротивление материала имеет сложную температурную зависимость, магнитосопротивление оказалось чрезвычайно простым. Оно не зависит от направления тока или магнитного поля и обладает идеальной линейной температурной зависимостью. Такое поведение не имеет простого объяснения и может быть разрешено только случайными столкновениями.

Профессор Хасси рассказал, что данные этих необычных наблюдений лежали бездействующими и неопубликованными в течение семи лет, потому что их поведение противоречило известным моделям. Но в 2017 году он увидел рекламу семинара доктора Петра Чудзинского о пурпурной бронзе и заинтересовался этой темой.

Не найдя внятного объяснения такому загадочному поведению, данные лежали бездействующими и публиковались неопубликованными в течение следующих семи лет. Подобный перерыв необычен для квантовых исследований , хотя причиной его не было отсутствие статистики.
Такая простота магнитного отклика неизменно противоречит сложному происхождению, и, как оказывается, его возможное разрешение может произойти только в результате случайного столкновения

— профессор Хасси.

На семинаре профессор Чудзински предложил, что резистивный подъем может быть результатом взаимодействия между носителями заряда и экситонами — неуловимыми составными частями материала. Эта гипотеза была подтверждена экспериментально. Затем профессор Хасси предложил доктору Чудзински восстановить данные о магнитосопротивлении, полученные Сюем и Уэйкхемом, что привело к дальнейшим исследованиям и открытиям.

Открытие показывает, как важно быть открытым для неожиданных результатов и использовать разные подходы в научных исследованиях. Результаты этого исследования могут пролить свет на создание новых квантовых устройств и улучшить наши возможности в этой области.

Автор:

Мы в Мы в Яндекс Дзен
Топ странных, но крутых вопросов современной физикиКак физики симулируют путешествие во времени для решения невозможных задач

Вирусы из мумий

Вирусы из мумий

Могут ли смертельные болезни прошлого воскреснуть сегодня?...
  • 1 019