Przygotowali nawet artykuł na ten temat, dostępny już w Nature. Jak podkreślają, jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, to dokonane postępy powinny zaowocować powstaniem wydajnych materiałów i technologii wykorzystywanych w kwantowej przyszłości. Prowadzone ekspertyzy obejmował krystaliczny materiał składający się z atomów arsenu, a członkowie zespołu badawczego skorzystali ze spektroskopii fotoemisyjnej oraz skaningowej mikroskopii tunelowej.
Czytaj też: Przechowywanie danych rodem z przyszłości. Pomaga nowy materiał kwantowy
Główny autor badań, M. Zahid Hasan, przyznaje, że odkrycie było nieoczekiwane. Zaobserwowany stan łączy bowiem dwie formy topologicznego zachowania kwantowego, czyli stany krawędziowe i powierzchniowe. O ile wcześniej już je obserwowano, tak nigdy nie miało to miejsca w tym samym materiale. Teraz sytuacja uległa kompletnej zmianie, a sukces jest tym większy, że badany kryształ składał się z atomów arsenu.
Materiał topologiczny zawiera elektrony, które nie mogą się swobodnie poruszać wewnątrz, co oznacza, że nie przewodzą prądu. Zupełnie inaczej sytuacja wygląda na krawędziach, gdzie zachodzi przewodnictwo. Zlokalizowane tam elektrony, jakby tego było mało, nie są wystawione na żadne defekty, dlatego prowadzone eksperymenty mogłyby dostarczyć istotnych informacji na temat kwantowych właściwości elektronicznych.
Topologiczny stan kwantowy uwieczniony przez naukowców z Uniwersytetu Princeton może zaowocować praktycznymi zastosowaniami
Ale żeby praktyczne korzyści stały się bardziej realne, potrzeba będzie spełnienia co najmniej dwóch warunków. Po pierwsze, istotne będzie występowanie kwantowych efektów topologicznych w wyższych od dotychczasowych temperaturach. Drugim elementem będzie z kolei znalezienie odpowiednich materiałów do utrzymywania zjawisk topologicznych. Autorzy nowych badań próbowali zrealizować oba te cele i wydaje się, że dopięli swego.
Stosowane dotychczas materiały na bazie bizmutu, choć w teorii mogłyby być przydatne w relatywnie wysokich temperaturach, to wymagają specjalistycznego przygotowania w warunkach ultrawysokiej próżni. Szukając zamienników, fizycy postawili na arsen. W toku prowadzonych obserwacji dostrzegli coś niebywałego: materiał ten zawierał zarówno topologiczne stany powierzchniowe, jak i stany krawędziowe. I to za jednym razem!
Czytaj też: Tak bije serce mechaniki kwantowej. Wyjątkowy wynik eksperymentu poświęconego elektronom
Pierwotne wnioski zostały potwierdzone z użyciem innych narzędzi, dlatego istnieje niemal stuprocentowa pewność, że sukces jest realny. W długofalowej perspektywie wyciągnięte wnioski mogłyby zaprocentować poprzez projektowanie nowych kwantowych urządzeń informatycznych bądź obliczeniowych. Poza tym mówi się o projektowaniu elektroniki wykazującej wysoki stopień energooszczędności.
