Исследователи из Molecular Foundry при Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли обнаружили, что низкотемпературные квантовые квазичастицы, называемые фазонами, в кристаллических решетках способны вызывать движение квазичастиц экситонов даже в тех условиях, где любое движение, казалось бы, невозможно.
Об этом сообщает ProIT
Открытие в материаловедении
Это открытие расширяет фундаментальные знания в материаловедении и может существенно улучшить стабильность работы квантовых технологий, в частности, использование экситонов в качестве кубитов. При наложении и легком повороте двух изображений с одинаковыми формами, такими как квадраты или треугольники, образуется муаровый узор, который выглядит как волнообразное изображение с рябью на поверхности. Этот оптический эффект достигается благодаря простому повторению и выравниванию.
Аналогичные эффекты наблюдаются в наноструктурах, когда исследователи накладывают ультратонкие слои полупроводников, известных как дихалькогениды переходных металлов, которые имеют толщину не более атома. Это наложение создает то, что ученые называют муаровым потенциалом – повторяющиеся энергетические участки с выпуклостями и впадинами между слоями материалов, которые могут вызывать необычное электронное и оптическое поведение квантовых частиц.
Непредсказуемое движение
До сих пор считалось, что эти муаровые потенциалы не могут двигаться, однако команда Molecular Foundry обнаружила, что в наложенных слоях дихалькогенидов переходных металлов возможен движение даже при чрезвычайно низких температурах. Это открытие обещает упростить управление муаровыми потенциалами, что, в свою очередь, может уменьшить декогеренцию в кубитах и датчиках. Декогеренция происходит, когда теряется квантовое состояние из-за интерференции.
Возбуждение слоев этих ультратонких материалов с помощью зеленого импульсного лазера приводит к переходу электронов в возбужденное состояние, оставляя за собой свободное место с положительным зарядом, образуя пары электрон-свободное место, известные как экситоны. Обычно экситоны формируются в однослойных материалах, однако в двухслойных системах они разделяются: электроны переходят в слой дисульфида вольфрама, а положительно заряженные свободные места остаются в слое диселенид вольфрама.
«Для того чтобы этот потенциал муара двигался, нужно совсем немного энергии, поэтому муар движется так же, как штормовое море. Мы показали, что даже при очень низких температурах энергия и информация не локализованы так, как можно было бы ожидать», — объясняют исследователи.
Наблюдения за движением экситонов проводились Йоханнесом Лишнером и Индраджитом Майти из Имперского колледжа Лондона, которые с помощью моделирования получили моментальные снимки муарового потенциала. Они пришли к выводу, что сам потенциал муара должен двигаться.
Ученые считают, что низкотемпературные квазичастицы фазоны позволяют межслойным экситонам двигаться, даже когда они заблокированы. Фазоны представляют собой квант энергии в середине кристаллической решетки и ведут себя подобно частице. По словам Антонио Росси, руководителя исследования, движение межслойных экситонов в муаровом потенциале зависит от угла и температуры. Максимальное движение наблюдается, когда слои дихалькогенидов переходных металлов параллельны, а когда температура приближается к нулю, движение межслойных экситонов также уменьшается, но не останавливается полностью.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.
