Международная группа исследователей совершила прорыв в понимании фундаментальных процессов в полупроводниках, впервые напрямую наблюдав, как свет и колебания кристалла движутся в унисон. В нанокристаллах перовскита ученые зафиксировали полностью когерентное взаимодействие между электронными возбуждениями и атомной решеткой, что открывает путь к созданию принципиально новых квантовых устройств. Результаты исследования могут стать основой для квантовых компьютеров и сверхбыстрой оптоэлектроники, пишет Phys.org.
В основе открытия лежит наблюдение за тем, как экситон — связанная пара из электрона и «дырки», созданная светом, — взаимодействует с фононами, квантами колебаний кристаллической решетки. В обычных материалах колебания атомов быстро разрушают квантовые состояния, создавая «шум». Однако в нанокристаллах перовскита галогенидов свинца исследователи обнаружили поразительное исключение. При сверхнизкой температуре в 2 Кельвина квантовое состояние сохраняло свою целостность в течение рекордных 10 пикосекунд.
Используя сверхкороткие лазерные импульсы, ученые наблюдали так называемые квантовые биения — ритмичные колебания, возникающие при интерференции квантовых волн. Эти биения наглядно демонстрировали, как экситон и колебания решетки обмениваются энергией, образуя единое квантовое состояние.
Особенно важно то, что наблюдаемый эффект оказался управляемым. Теоретические расчеты подтвердили: силу взаимодействия можно контролировать, просто изменяя размер нанокристалла. В меньших кристаллах экситоны сильнее связаны с колебаниями решетки, тогда как в больших когерентность сохраняется дольше. Это открытие превращает фононы — традиционно считавшиеся источником помех — в полезный квантовый ресурс. По словам исследователей, это показывает, что колебания кристалла могут стать не врагом, а союзником в квантовых технологиях.
Нанокристаллы перовскита теперь рассматриваются как одна из самых перспективных платформ для будущих технологий. Они открывают возможности для обработки квантовой информации и создания новых источников света. Таким образом, исследование знаменует собой шаг к новой эре в физике твердого тела.
Ранее ученые создали «телескоп» для наблюдения за вычислительной физикой будущего. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru