Физики из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружили уникальный материал, в котором сосуществуют два типа квантовых конфликтов. Эта «двойная фрустрация» заставляет электроны вести себя непредсказуемо, открывая путь к созданию электроники нового поколения. Статья об открытии опубликована в журнале Nature Materials.
В квантовой механике термин «фрустрация» (от лат. — обман, расстройство) означает ситуацию, когда атомы в кристаллической решетке не могут выстроиться в стабильную структуру из-за противоречащих друг другу сил взаимодействия.
Обычно физикам удавалось наблюдать материалы только с одним типом такого конфликта: либо спины электронов (их магнитные полюса) не могли «договориться», куда им указывать, либо нарушалась симметрия химических связей. Однако калифорнийские исследователи нашли редчайшую систему, где магнитная и электронная фрустрации происходят одновременно и накладываются друг на друга.
Управление квантовым хаосом
Возникший внутри кристалла хаос не приводит к его разрушению. Напротив, невозможность выбрать стабильное состояние заставляет материал переходить в сверхтекучую квантовую фазу. Электроны начинают взаимодействовать по совершенно новым правилам, образуя запутанные состояния материи, свойства которых невозможно описать законами классической физики.
Самое ценное в этом открытии — возможность тонко настраивать этот хаос. Исследователи поняли, что, слегка изменяя внешнее давление или температуру, они могут смещать баланс между двумя типами фрустрации. Это дает инженерам беспрецедентный рычаг управления поведением магнитных спинов на атомарном уровне.
Умение контролировать и стабилизировать подобные экзотические состояния является Святым Граалем для разработчиков квантовых технологий. Интеграция таких «дважды расстроенных» материалов в вычислительные системы позволит защитить кубиты от разрушительного влияния внешних шумов и сделать квантовые компьютеры будущего по-настоящему надежными.
Ранее российские исследователи выяснили, как незначительные изменения в структуре органических катионов влияют на конечные свойства кристаллической решетки соединений технеция.
