Открытие станет основой для технологий завтрашнего дня, включая квантовые компьютеры и сверхбыструю оптоэлектронику.
Международная группа ученых осуществила прорыв в осмыслении основных процессов в полупроводниках, впервые непосредственно наблюдая, как свет и колебания кристаллической решетки движутся в гармонии. В нанокристаллах перовскита исследователи зафиксировали полное когерентное взаимодействие между электронными возбуждениями и атомной решеткой, что открывает перспективы для разработки совершенно новых квантовых устройств. Результаты этого исследования могут послужить основой для квантовых компьютеров и сверхбыстрой оптоэлектроники, сообщает Phys.org.
В основе данного открытия лежит наблюдение за тем, как экситон — пара из электрона и «дырки», образованная светом, — взаимодействует с фононами, квантами колебаний кристаллической решетки. В традиционных материалах колебания атомов быстро разрушают квантовые состояния, создавая «шум». Однако в нанокристаллах перовскита галогенидов свинца ученые выявили удивительное исключение. При сверхнизкой температуре в 2 Кельвина квантовое состояние сохраняло свою целостность на протяжении рекордных 10 пикосекунд.
С применением сверхкоротких лазерных импульсов, ученые наблюдали так называемые квантовые биения — ритмичные колебания, возникающие при интерференции квантовых волн. Эти биения наглядно иллюстрировали, как экситон и колебания решетки обмениваются энергией, формируя единое квантовое состояние.
Особенно важно, что наблюдаемый эффект оказался регулируемым. Теоретические расчеты подтвердили: силу взаимодействия можно изменять, просто меняя размеры нанокристалла. В меньших кристаллах экситоны более тесно связаны с колебаниями решетки, тогда как в больших когерентность сохраняется дольше. Это открытие преобразует фононы — традиционно воспринимаемые как источник помех — в ценный квантовый ресурс. По мнению исследователей, это указывает на то, что колебания кристаллической решетки могут стать не врагом, а союзником в квантовых технологиях.
Нанокристаллы перовскита сейчас рассматриваются как одна из самых перспективных платформ для будущих технологий. Они открывают новые горизонты для обработки квантовой информации и создания инновационных источников света. Таким образом, данное исследование знаменует собой шаг к новой эпохе в физике твердого тела.
Фото: hi-tech.mail.ru