Pētnieki no Molecular Foundry Nacionālajā Lovrensa Bērkli laboratorijā ir atklājuši, ka zemas temperatūras kvantu kvazidaļiņas, ko sauc par fazoniem, kristāliskajās režģēs liek eksitoniem kustēties pat apstākļos, kuros pēc fizikas likumiem kustība būtu neiespējama.
Šis atklājums sniedz fundamentālu ieguldījumu materiālzinātnē un, iespējams, uzlabos kvantu tehnoloģiju stabilitāti, ieskaitot eksitonu pielietojumu kā kubitus. Ja divus attēlus ar līdzīgām formām, piemēram, kvadrātiem vai trijstūriem, pārvieto un pagriež, veidojas muarē raksts. Tas kļūst par lielu viļņainu attēlu, kas rada virsmas viļņošanos. Šo optisko efektu rada vienkārša atkārtošana un izlīdzināšana.
Līdzīgs efekts rodas nanostruktūrās, kad pētnieki liek vienu uz otra ultraplānus pusvadītāju slāņus, kas saukti par pārejas metālu dihalkogenīdiem un ir tikai atoma biezumā. Šāda veidošana rada to, ko zinātnieki sauc par muarē potenciālu. Tie ir atkārtojoši enerģijas apgabali ar izcilni un iedobēm starp materiālu slāņiem. Šādi raksti var izraisīt neparastu kvantu daļiņu elektronisko un optisko uzvedību.
Līdz nesenajam laikam zinātnieki uzskatīja, ka šie muarē potenciāli nespēj kustēties. Taču pētnieki no Molecular Foundry atklāja, ka tad, kad pārejas metālu dihalkogenīdu slāņi pārklājas, rodas kustība, pat pie ļoti zemām temperatūrām.
Šis atklājums ir daudzsološs, jo muarē potenciālu vadība varētu palīdzēt samazināt dekoherencei kubitos un sensoros. Dekoherence notiek, kad kvantu stāvoklis tiek zaudēts interferencē un informācija par to izgaist.
Stimulējot šo ultraplāno materiālu slāņus ar zaļu impulsētā lāzera palīdzību, elektroni pāriet uz uzbudinātu stāvokli. Elektroni atstāj aiz sevis pozitīvi lādētu tukšumu, radot elektron-tukšuma pāri — eksitonu.
Parasti eksitoni veidojas viena slāņa materiālos. Tomēr divslāņu sistēmās eksitoni tiek sadalīti. Elektroni nonāk volframa disulfīda slānī, bet pozitīvi lādēti tukšumi paliek volframa diselenīda slānī.
Šos īpašos eksitonus, kas pārvietojas starp slāņiem, zinātnieki dēvē par "starpslāņu eksitoniem" jeb IX. Pētījuma vadītājs, zinātnieks no Molecular Foundry Antonio Rosi, apgalvo, ka varēja gaidīt, ka šie muarē apgabali darbosies kā slazdi, no kuriem iestrēgušie eksitoni, nevar izkļūt. Tomēr pētnieki pamanīja, ka šie eksitoni vibrēja muarē struktūrās, neskatoties uz to, ka bija tur iesprostoti.
"Šī muarē potenciāla kustībai ir nepieciešama neliela enerģija, tādēļ muarē kustas kā vētrainā jūra. Mēs parādījām, ka pat pie ļoti zemām temperatūrām enerģija un informācija nav lokalizēta tā, kā varēja gaidīt. Eksistē dažādi veidi, kā transportēt enerģiju un informāciju pie dažādām temperatūrām. Tas ir jauns veids, kā to izdarīt," skaidro pētnieki.
Lai novērotu eksitonus kustībā, Johanness Lišners un Indradžits Maici no Londonas Imperiālās universitātes izmantoja modelēšanu, lai iegūtu muarē potenciāla momentuzņēmumus. Novērojumu rezultātā pētnieki nonāca pie kopīga secinājuma, ka pats muarē potenciāls ir jābūt kustīgam.
Zinātnieki uzskata, ka zemas temperatūras kvazidaļiņas, fazoni, ļauj starpslāņu eksitoniem kustēties pat tad, kad tie ir bloķēti. Fazoni ir kvantu enerģijas daļiņas kristāliskā režģa vidū, kas ir ar savu impulsu un pozīciju un kopumā uzvedas kā daļiņa.
Antonio Rosi un viņa kolēģi noskaidroja, ka starpslāņu eksitonu kustība muarē potenciālā ir atkarīga no leņķa un temperatūras. Piemēram, tie veic maksimālu kustību, kad pārejas metālu dihalkogenīdu slāņi ir paralēli. Kad sistēmas temperatūra kļūst tuva nullei, starpslāņu eksitonu kustība pakāpeniski arī tuvojas nullei, tomēr tā pilnībā neapstājas.
Pētījuma rezultāti tika publicēti žurnālā ACS Nano
Avots: SciTechDaily
Komentāri (0)
Šobrīd nav neviena komentāra