Унікальний матеріал може зберігати інформацію несподіваним чином: це змінить технології

Дослідження опубліковано в журналі Nature Materials, пише Live Science.

Сульфід бромід хрому — це незвичайний матеріал, який має структуру, що складається лише з кількох шарів атомів. Вчені вважають його надзвичайно перспективним для квантових пристроїв, оскільки багато з його властивостей можна використовувати для будь-якого типу зберігання інформації.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Один зі способів, за допомогою яких сульфід броміду хрому можна використовувати для зберігання інформації, — це екситони. Це квазічастинки, які утворюються, коли електрон і його дірка зв'язуються разом. Коли фотон (частинка світла) переходить зі свого низького енергетичного стану, він фактично залишає після себе дірку там, де він колись був. Хоча вони розділені, фотон і дірка залишаються пов'язаними разом у парі і стають відомі як екситон.

Раніше вчені з'ясували, що екситони іноді можуть утворюватися по прямій лінії в матеріалі. Але ці екситони також проявляють незвичайні магнітні властивості. Виявилося, що при температурах нижче мінус 141 градус Цельсія шари матеріалу намагнічуються, а електрони шикуються в ряд, в той час як напрямок магнітного поля перемикається для кожного шару в матеріалі.

Коли сульфід броміду хрому нагрівається до температури понад мінус 141 градус Цельсія, матеріал втрачає намагніченість, оскільки електрони можуть рухатися у випадкових напрямках. У цьому не намагніченому стані екситони більше не перебувають у пастці і поширюються на кілька шарів матеріалу.

Коли сульфід броміду хрому має товщину всього в один атом, екситони обмежені одним виміром. При використанні в квантовому пристрої це обмеження може дозволити квантовій інформації в екситонах зберігатися набагато довше, ніж це було б в іншому випадку, оскільки екситони з меншою ймовірністю будуть стикатися один з одним і втрачати інформацію, яку вони несуть.

Автори нового дослідження створили екситони в сульфіді броміду хрому, випустивши імпульси інфрачервоного світла. Потім вони використовували другий інфрачервоний лазер, щоб перемістити екситони в більш високий енергетичний стан. Вчені виявили, що вони створили два різні варіанти екситона, хоча в іншому випадку вони повинні були б мати ідентичні енергетичні стани.

Вчені виявили, що залежні від напрямку екситони можуть бути обмежені однією лінією або розширені в трьох вимірах. Зміна від одновимірних до тривимірних екситонів пояснює, як довго екситони можуть існувати, не стикаючись один з одним.

Автори дослідження кажуть, що новий спосіб взаємодії екситонів може змінити майбутню електроніку та інформаційні технології.

Тепер вчені хочуть з'ясувати, чи можуть екситони перетворюватися на магнітні збудження в електронному спині матеріалу. Якщо це так, то це могло б забезпечити корисний метод перетворення квантової інформації між різними субатомними частинками, тобто фотонами, екситонами та електронами. Перемикання між намагніченими і не намагніченими станами могло б забезпечити швидкий метод перетворення фотонної і спінової квантової інформації.

Вчені кажуть, що в перспективі можна створити квантові пристрої, які використовують фотони для передавання інформації, електрони для оброблення інформації за допомогою їхньої взаємодії, магнетизм для зберігання інформації та фонони для модуляції і перетворення інформації на нові частоти.

Як уже писав Фокус, підручники з біології доведеться викинути, адже вчені спростували основоположне правило. У школі на уроках біології всі вперше почули про поділ клітин — найважливіший процес для всіх форм життя, який також називається мітоз. Нове дослідження говорить, що підручники доведеться переписати, оскільки загальноприйнята теорія не підтвердилася в реальності.