Nowy materiał usprawni komputery kwantowe

Komputery kwantowe będą jeszcze lepsze? Stworzono materiał o niezwykłych właściwościach

Komputery kwantowe mogą być jeszcze wydajniejsze, a przy tym bardziej kompaktowe. Wszystko dzięki unikalnemu materiałowi stworzonemu przez fizyków z Uniwersytetu Columbia.

Naukowcy z Uniwersytetu Columbia odkryli związek między zmiennymi właściwościami elektronicznymi i magnetycznymi w półprzewodniku 2D. Opracowany na tej podstawie nowy materiał – bromek siarczku chromu (CrSBr) – może mieć potencjalne zastosowanie w spintronice i obliczeniach kwantowych. Szczegóły opisano w Nature Materials.

Czytaj też: Komputery kwantowe są lepsze do symulacji niż klasyczne. Ale jak pozbyć się szumu?

Za opracowanie materiału odpowiada zespół Xaviera Roya. CrSBr to tzw. kryształ van der Waalsa, który można rozłożyć na dwuwymiarowe warstwy o grubości zaledwie kilku atomów. W przeciwieństwie do podobnych materiałów, kryształy CrSBr są stabilne w temperaturze pokojowej. Co więcej, zachowują one swoje właściwości magnetyczne w stosunkowo wysokiej temperaturze -280F, co pozwala uniknąć konieczności stosowania drogiego ciekłego helu schładzanego do temperatury -450F.

CrSBr jest nieskończenie łatwiejszy w obróbce niż inne magnesy 2D, co pozwala nam wytwarzać nowe urządzenia i badać ich właściwości.Evan Telford, postdoc z laboratorium Roya

W zeszłym roku Nathan Wilson i Xiaodong Xu z Uniwersytetu Waszyngtońskiego oraz Xiaoyang Zhu z Uniwersytetu Columbia odkryli związek między magnetyzmem a tym, jak CrSBr reaguje na światło. W obecnej pracy Telford kierował badaniami nad właściwościami elektronicznymi CrSBr. Teraz naukowcy wykorzystali pole elektryczne do badania warstw CrSBr o różnej gęstości elektronowej, w różnych polach magnetycznych i temperaturach. W miarę jak zmieniały się właściwości elektroniczne CrSBr, zmieniał się również jego magnetyzm.

Półprzewodniki mają przestrajalne właściwości elektroniczne. Magnesy mają zmienne konfiguracje spinowe. W CrSBr te dwa pokrętła są połączone. To czyni CrSBr atrakcyjnym materiałem zarówno do badań podstawowych, jak i do potencjalnych zastosowań w spintronice.Xavier Roy

Magnetyzm jest właściwością trudną do bezpośredniego zmierzenia, szczególnie w miarę kurczenia się rozmiarów materiału, ale łatwo jest zmierzyć sposób poruszania się elektronów za pomocą parametru zwanego opornością. W CrSBr opór może służyć jako przybliżenie dla nieobserwowalnych w inny sposób stanów magnetycznych.

Związek pomiędzy właściwościami elektronicznymi i magnetycznymi materiału wynikał z defektów w warstwach – dla nas było to szczęśliwe trafienie. Ludzie zazwyczaj chcą mieć „najczystszy” materiał z możliwych. Nasze kryształy miały defekty, ale bez nich nie zaobserwowalibyśmy tego sprzężenia.Evan Telford

Laboratorium Roya prowadzi obecnie eksperymenty mające na celu wyhodowanie kryształów van der Waalsa z celowymi defektami, co pozwoli na lepsze dostrojenie właściwości materiału.