Исследовательская группа из Института сверхпроводящих и электронных материалов (ISEM) Университета Вуллонгонга (UOW) решила квантовую головоломку, которая не поддавалась учёным на протяжении 40 лет. Учёные открыли новый путь для создания электронных устройств нового поколения, которые работают без потери энергии и не тратят электричество впустую.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials
Статья [доступна по ссылке](https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202503319). Это работа исследователей UOW под руководством заслуженного профессора Сяолинь Вана и доктора М. Надима, при участии кандидата наук Сиеды Амины Шаббир и доктора Фрэнка Фэй Юня.
Новая концепция дизайна для реализации неуловимого квантового аномального эффекта Холла (QAH)
Исследование вводит новую концепцию дизайна для реализации неуловимого и востребованного квантового аномального эффекта Холла (QAH).
Область квантовых материалов может сократить глобальное энергопотребление и изменить повседневную жизнь людей по всему миру.
Используя метод, называемый инженерным управлением энтропией, команда настроила квантовое поведение магнитного материала толщиной в один атом, смешав четыре типа металлических атомов. Случайное расположение атомов изменило электронную структуру материала, открыв топологическую запрещённую зону, которая позволяет электричеству идеально течь по краям материала без помех и потерь энергии.
Это своего рода «супермагистраль» для электричества и строительный блок для будущих квантовых компьютеров и сверхэффективной электроники.
Метод, который использовала команда UOW — изменение «энтропии» или случайности внутри материала — даёт учёным новый инструмент для разработки ещё более совершенных квантовых материалов в будущем.
«Это значительный шаг на пути к практическим квантовым устройствам, которые будут энергоэффективными, масштабируемыми и устойчивыми», — сказал профессор Ван. «Наш метод открывает новые возможности для создания двумерных квантовых материалов со стабильными топологическими свойствами».
Потенциальные применения прорыва
Прорыв имеет широкие потенциальные применения: от телефонов и компьютеров, которые не перегреваются, до квантовых компьютеров, более быстрой медицинской визуализации и энергетических систем, которые сохраняют питание в течение нескольких недель. Это также продвигает класс материалов, впервые концептуализированных и впервые разработанных профессором Ваном, известных как спин-бесщелевые полупроводники.
Доктор Надим, который руководил теоретическим моделированием, сказал: «Конструкция, управляемая энтропией, не только изменила электронные зоны, но и открыла стабильную щель, которая обеспечивает проводимость в краевом состоянии, что необходимо для реальных квантовых приложений».
Профессор Ван подчеркнул значимость открытия, заявив: «Это представляет собой значительный теоретический прорыв на пути к разработке новых квантовых устройств, которые будут энергоэффективными, масштабируемыми и устойчивыми. Мы создаём новый класс квантовых материалов, которые открывают новые горизонты для новой квантовой физики и устройств».
Предоставлено [Университетом Вуллонгонга](https://phys.org/partners/university-of-wollongong/).
Advanced Materials, the study is the work of UOW researchers led by Distinguished Professor Xiaolin Wang and Dr. M Nadeem, with Ph.D. candidate Syeda Amina Shabbir and Dr. Frank Fei Yun.”,”It introduces a new design concept to realize the elusive and highly sought-after quantum anomalous Hall (QAH) effect.”,”The field of quantum materials could cut global energy consumption and transform everyday life for people around the world.”,”Using a technique called entropy engineering, the team tailored the quantum behavior of a 1-atom-thick magnetic material by mixing four types of metal atoms. This random atomic arrangement reshaped the material’s electronic structure, opening a topological bandgap that allows electricity to flow perfectly along its edges, without interference or energy loss.”,”This is a kind of \”superhighway\” for electricity, and it’s a building block for future quantum computers and ultra-efficient electronics.”,”The method the UOW team used—changing the \”entropy\” or randomness inside the material—gives scientists a new tool to design even better quantum materials in the future.”,”\”This is a significant step toward practical quantum devices that are energy-efficient, scalable and resilient,\” said Professor Wang. \”Our method opens a new avenue to design 2D quantum materials with robust topological properties.\””,”The breakthrough has broad potential applications—from phones and computers that don’t overheat, to quantum computers, faster medical imaging, and energy systems that retain power for weeks. It also advances a class of materials first conceptualized and pioneered by Professor Wang known as spin-gapless semiconductors.”,”Dr. Nadeem, who led the theoretical modeling, said, \”The entropy-driven design not only reshaped the electronic bands, but also opened a stable gap that ensures edge-state conduction, which is essential for real-world quantum applications.\””,”Professor Wang emphasized the significance of the discovery, stating, \”This represents a significant theoretical advancement toward the development of emerging quantum devices that are energy-efficient, scalable, and resilient. We are creating a new class of quantum materials that open fresh horizons for novel quantum physics and devices.\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tUniversity of Wollongong\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Atomic and Condensed Matter\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник