Учени създадоха уникален квантов материал със спиново разделяне и нулеви загуби при пренос на ток

Учени от Университета Райс в Хюстън, Тексас (САЩ) са създали уникален квантов материал, който може да се превърне в основа на свръхефективната електроника на бъдещето. Това откритие е особено актуално на фона на бързо растящото търсене на продуктивни и в същото време енергийно ефективни технологии – от смартфони и центрове за данни до електрически автомобили и квантови системи от следващо поколение.

Изследователският екип, ръководен от физиците Мин И и Емилия Моросан успява да постигне необичайни електронни свойства чрез промяна на симетрията на атомната решетка на известно съединение – танталов дисулфид (TaS₂). За да направят това, те добавят малко количество индий към състава му. Тази малка промяна довела до рядък квантов ефект от типа Kramers nodal line.

По същество в новия материал електроните с противоположни спинове поемат по различни пътища, подобно на автомобилите по разделена магистрала и се събират само в една специална точка – „възлова линия“. Това условие позволява необичаен начин за пренос на ток с минимални загуби.

Освен това материалът е показал свойствата на свръхпроводник – способен е да предава електрически ток без съпротивление или загуба на енергия. Тази комбинация от топологични и свръхпроводящи характеристики го прави обещаващ кандидат за топологични свръхпроводници – ключов компонент за устойчиви квантови изчисления и енергийно ефективен пренос на енергия.

Авторите прецизират химичния състав, за да подобрят както квантовите, така и структурните свойства на материала. Теоретичните изчисления, извършени паралелно с експериментите, потвърдиха получените резултати и позволиха по-задълбочено разбиране на електронната структура на веществото.

Откритието стана възможно благодарение на тясното сътрудничество на специалисти от различни области – физика, материалознание и инженерство, обединени в рамките на Института „Смоли-Кърл“. Както отбеляза директорът на института Джуничиро Коно, това изследване е пример за това как интердисциплинарният подход отваря пътя към нови квантови технологии.

Работата е публикувана в списание Nature Communications, а според съавторите тя само отваря вратата към нови възможности – учените са уверени, че предстоят още много открития.