Открит е способ за спиново превключване в квантови материали при стайна температура

Органичните полупроводници наскоро започнаха да се използват в осветлението и дисплеите и могат да се превърнат в по-благоприятна алтернатива на силиция във фотоволтаичните клетки. Въпреки това в областта на квантовите компютри и сензорите техният потенциал е слабо проучен. Международен екип от изследователи откри начин за контролиране на взаимодействието между светлината и спина в органичните полупроводници, което работи дори при стайна температура.

Спинът е собственият момент на импулса на елементарната частица, например на електрона. Спинът при своето въртене създава локално магнитно поле около електрона. Като му се въздейства с външно магнитно поле, е възможно да се промени ориентацията на спина на електрона. Почти всички видове квантови технологии – базирани на странното поведение на частиците от субатомни мащаби имат спин. При движението си електроните обикновено образуват стабилни двойки, в които единият електрон се върти нагоре, а другият – надолу. Възможно е обаче да се създадат молекули с несдвоени електрони или радикали. Повечето радикали са силно реактивни, но не е трудно да бъдат направени химически стабилни.

Изследователи от Университета в Кеймбридж и други университети са разработили модулни молекулярни компоненти, свързани с малки „мостове“. Ако върху тях се насочи светлина, електроните в противоположния край на структурата се свързват, като променят спиновите си състояния. Дори и след като мостовете бъдат разединени, електроните остават свързани чрез своите вече подредени спинове.

Това ниво на контрол върху квантовите свойства обикновено се постига само при изключително ниски температури, но учените са успели да постигнат същото при стайна температура. По този начин те се доближават до създаването на стабилни квантови системи, в които спиновете са свързани с фотоните, пише Science Daily.

„Направихме голяма крачка напред и съчетахме оптичните и магнитните свойства на радикалите в органичния полупроводник“, казва Себастиан Гордън, първи автор на статията. – Тези нови материали имат огромен потенциал за разработване на изцяло нови устройства, защото направихме така, че те вече да не изискват свръхниски температури“.

Изследователите са разработили новото семейство материали, като са определили желаното поведение на спиновете на електроните. Този подход им е дал възможност да контролират свойствата на крайния материал и да променят антраценните връзки между различните модули на молекулата. Учените са прикрепили към антраценовата молекула радикал, излъчващ ярка светлина. След като радикалът погълне фотон, възбуждането се разпространява към съседния антрацен, като предизвиква въртенето на три електрона, както и неговото. Ако от другата страна се прикрепи друга радикална група, нейният електрон също се свързва и всички започват да се въртят в една и съща посока.

Това е наистина гигантски напредък в сферата на квантовите технологии.