Ученые создали квантовый материал, переключающий состояния по требованию

Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории обнаружили соединение KxNi4S2, способное переключаться между двумя электронными состояниями в одной структуре. Это открытие может упростить создание более быстрых компьютерных чипов и адаптивных датчиков, позволив инженерам управлять скоростью потока электронов в реальном времени.

Ученые создали квантовый материал, переключающий состояния по требованию

Американские ученые обнаружили редкий квантовый материал, который способен переключаться между двумя различными электронными состояниями по требованию. Исследовательская группа под руководством Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США выявила это уникальное свойство в новом типе сульфидного материала никеля, известном под формулой KxNi4S2. В этом соединении атомы никеля и серы расположены между слоями калия, причем количество калия может варьироваться от нуля до единицы в зависимости от образца, что открывает возможность тонкой регулировки свойств материала.

Как пояснил профессор Северо-Западного университета Меркури Канацидис, возглавлявший исследование, количество калия в материале можно изменять от полного насыщения до полного истощения, а также фиксировать любые промежуточные состояния. Ученый подчеркнул, что не знает другого материала, способного переключаться между квантовыми состояниями в пределах одной и той же структуры. Сам KxNi4S2 был впервые разработан в 2021 году в рамках проекта по созданию новых сверхпроводников, однако при изучении его свойств исследователи обнаружили неожиданный эффект: приложение электрического тока вытесняет калий из слоев, что приводит к изменению общей формы материала.

Этот процесс оказался обратимым, что позволило материалу проявлять две различные квантовые особенности: конусы Дирака и плоские полосы. В состоянии Дирака электроны ведут себя как почти безмассовые частицы и движутся чрезвычайно быстро, а в состоянии плоской зоны они замедляются, словно становятся тяжелее. Такая двойственность превращает материал в своего рода контроллер транспортного потока, позволяя точно регулировать скорость и направление движения электронов. По мнению исследователей, подобный контроль крайне востребован в современной электронике, особенно при создании высокоскоростных процессоров и интеллектуальных датчиков.

Для подтверждения своих выводов ученые создали образцы в Центре наноматериалов Аргоннской лаборатории, где с помощью высокопроизводительного вычислительного кластера рассчитали их электронную структуру, а затем провели наблюдения на источнике синхротронного излучения. Канацидис отметил, что высокое содержание никеля в этом соединении заставляет атомы взаимодействовать и связываться друг с другом, и именно это, по всей вероятности, лежит в основе его необычных свойств. Возможность переключать квантовые состояния в одном материале может радикально упростить проектирование устройств: вместо использования нескольких компонентов инженеры смогут полагаться на единую систему, которая изменяет свое поведение в реальном времени. Результаты исследования опубликованы в рецензируемом журнале Matter.

Читайте также

Greenworks представила компактный гайковёрт IW3450 с крутящим моментом до 580 Нм

Greenworks представила компактный гайковёрт IW3450 с крутящим моментом до 580 Нм

Нейросеть обучили слушать города и распознавать источники шума

Нейросеть обучили слушать города и распознавать источники шума

Телевизоры Samsung заподозрили в слежке за пользователями через микрофоны и скриншоты

Телевизоры Samsung заподозрили в слежке за пользователями через микрофоны и скриншоты

Учёные научились передавать запахи через интернет с помощью искусственного интеллекта

Учёные научились передавать запахи через интернет с помощью искусственного интеллекта

Российский композит ускорит регенерацию тканей

Российский композит ускорит регенерацию тканей

Петербургские ученые придумали «мосты» между разными поколениями техники

Петербургские ученые придумали «мосты» между разными поколениями техники

МАИ разработал технологию облегчения самолетов на 25%

МАИ разработал технологию облегчения самолетов на 25%

Ошибка в цифровых сертификатах поставила под угрозу безопасность миллионов устройств

Ошибка в цифровых сертификатах поставила под угрозу безопасность миллионов устройств

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Почему электромобилям не нужна коробка передач — и зачем Porsche все-таки ее использует?

Почему электромобилям не нужна коробка передач — и зачем Porsche все-таки ее использует?

Восьминогий робот имитирует механику движения паука

Восьминогий робот имитирует механику движения паука

Самарские студенты создадут рой пикоспутников на орбите без топлива

Самарские студенты создадут рой пикоспутников на орбите без топлива

Метод шифрования данных «назад во времени» основан на теории хаоса

Метод шифрования данных «назад во времени» основан на теории хаоса

На PlayStation 5 научились запускать игры из Steam — даже Cyberpunk 2077 и GTA

На PlayStation 5 научились запускать игры из Steam — даже Cyberpunk 2077 и GTA