Квантовая физика часто демонстрирует явления, которые противоречат здравому смыслу. Новая теория о квантовых «шрамах» углубляет наше понимание связи между квантовым миром и классической механикой, проливает свет на более ранние открытия и делает шаг вперёд к будущим технологическим приложениям.
Квантовая механика описывает поведение материи и энергии на микроскопическом уровне, где, казалось бы, преобладает случайность. Однако даже в кажущихся хаотичными системах может скрываться порядок. Квантовые «шрамы» — один из таких примеров: это области, где электроны предпочитают двигаться по определённым путям, а не распределяться равномерно.
Исследователи из Университета Тампере и Гарвардского университета в своей статье, опубликованной в «Quantum Lissajous Scars», продемонстрировали, что квантовые «шрамы» могут формировать сильные, отчётливые узоры в наноструктурах, и что их формой можно управлять.
Теперь исследовательская группа по квантовому контролю и динамике в подразделении физики Университета Тампере идёт дальше. В своей новой статье исследователи сообщают, что квантовые «шрамы» значительно усиливают транспорт электронов в открытых квантовых точках, подключённых к электродам. Работа опубликована в журнале Physical Review B.
«Мы показали, что несовершенства могут быть преобразованы в функциональность. Состояния со „шрамами“ действительно могут улучшить поток электронов», — объясняет докторант Фарташ Чалангари, ведущий автор статьи.
Улучшенный поток электронов обеспечивает электрическую проводимость в наноразмерных компонентах — структурах, измеряемых в миллиардных долях метра. Таким образом, квантовый «шрам» может действовать как наноразмерный переключатель, аналогичный новому типу транзистора. Этот прорыв открывает путь к разработке компонентов для небольших и энергоэффективных микрочипов будущего.
Эти открытия прокладывают путь к новой области, получившей название «scartronics», где квантовые «шрамы» управляют проводимостью наноразмерных устройств. Экспериментальные доказательства этого явления уже наблюдались в системах на основе графена, как сообщается в исследовании с участием постдокторанта Гарвардского университета Йонаса Кески-Рахконена, который также участвовал в текущем сотрудничестве.
«Квантовые „шрамы“ — это удивительный и поразительный пример порядка, возникающего из хаоса. Мы сейчас работаем над тем, чтобы воплотить эти открытия в практические приложения. Помимо продвижения в разработке эффективных микрочипов, наши находки могут также способствовать созданию новых типов кубитов для квантовых вычислений — хотя это пока более отдалённая цель», — заключает профессор Эса Рясэнэн, руководитель исследовательской группы по квантовому контролю и динамике в Университете Тампере.