Как можно обрабатывать данные с молниеносной скоростью или проводить электричество без потерь? Для достижения этого учёные и промышленность обращаются к квантовым материалам, подчиняющимся законам бесконечно малого. Разработка таких материалов требует детального понимания атомных явлений, многие из которых остаются неизученными.
Команда из Женевского университета (UNIGE) в сотрудничестве с Университетом Салерно и Институтом CNR-SPIN (Италия) сделала значительный шаг вперёд, открыв скрытую геометрию — до сих пор чисто теоретическую — которая искажает траектории электронов примерно так же, как гравитация искривляет путь света.
Работа, опубликованная в журнале Science, открывает новые возможности для квантовой электроники.
Будущие технологии зависят от высокопроизводительных материалов с беспрецедентными свойствами, основанными на квантовой физике.
В основе этой революции лежит изучение материи в микроскопическом масштабе — сама суть квантовой физики. В прошлом веке изучение атомов, электронов и фотонов в материалах привело к созданию транзисторов и, в конечном итоге, к современным вычислительным технологиям.
Сегодня всё ещё открываются новые квантовые явления, которые не поддаются существующим моделям. Недавние исследования предполагают возможное появление геометрии внутри определённых материалов при наблюдении за огромным количеством частиц. Эта геометрия, по-видимому, искажает траектории электронов в этих материалах — подобно тому, как гравитация Эйнштейна искривляет путь света.
Известная как квантовая метрика, эта геометрия отражает кривизну квантового пространства, в котором движутся электроны.
Она играет решающую роль во многих явлениях на микроскопическом уровне материи. Однако обнаружение её присутствия и эффектов остаётся серьёзной задачей.
«Концепция квантовой метрики возникла около 20 лет назад, но долгое время она рассматривалась исключительно как теоретическая конструкция. Только в последние годы учёные начали исследовать её ощутимое влияние на свойства материи», — объясняет Андреа Кавилья, профессор и директор Департамента физики квантовой материи на факультете естественных наук UNIGE.
Благодаря недавней работе команда под руководством исследователя UNIGE в сотрудничестве с Кармином Ортиксом, доцентом кафедры физики Университета Салерно, обнаружила квантовую метрику на границе раздела двух оксидов — титаната стронция и алюмината лантана — хорошо известного квантового материала.
«Её присутствие можно выявить, наблюдая, как траектории электронов искажаются под совместным влиянием квантовой метрики и интенсивных магнитных полей, приложенных к твёрдым телам», — объясняет Джакомо Сала, научный сотрудник Департамента физики квантовой материи на факультете естественных наук UNIGE и ведущий автор исследования.
Наблюдение этого явления позволяет более точно охарактеризовать оптические, электронные и транспортные свойства материала. Исследовательская группа также демонстрирует, что квантовая метрика является неотъемлемым свойством многих материалов — вопреки предыдущим предположениям.
«Эти открытия открывают новые возможности для изучения и использования квантовой геометрии в широком спектре материалов, что имеет серьёзные последствия для будущей электроники, работающей на терагерцовых частотах (триллион герц), а также для сверхпроводимости и взаимодействий света и материи», — заключает Кавилья.
Предоставлено Женевским университетом.