Плазмонный метакристалл из золота работает как квантовый материал при комнатной температуре
Квантовые материалы обладают экзотическими свойствами, способными произвести революцию в вычислениях, коммуникациях и сборе энергии. Но их ахиллесова пята — температура. Большинство квантовых состояний невероятно хрупки и существуют лишь при температурах, близких к абсолютному нулю (-273°C). Лабораторные холодильники для их поддержания сложны, дороги и громоздки.
Физики из Луизианского государственного университета (LSU) сделали шаг к изменению этого положения: они разработали материал, демонстрирующий квантовые свойства при комнатной температуре. Это тонкая плёнка золота на стеклянном чипе, вырезанная с микроскопическими узорами из прорезей. Работа опубликована в *Nature*.
Ключевая идея: фотоны вместо электронов
Обычные квантовые материалы работают на основе квантовых состояний электронов и атомов. Тепловые колебания атомов при комнатной температуре разрушают эти хрупкие состояния — отсюда и потребность в охлаждении.
Новый материал меняет подход: вместо электронов он работает с фотонами (частицами света). Фотоны значительно менее уязвимы к тепловым помехам, что открывает возможность сохранять квантовые состояния при комнатной температуре.
Материал называется **плазмонным метакристаллом**: «плазмонный» — потому что свет, проходящий по золотой поверхности, создаёт волны электронов (плазмоны); «метакристалл» — потому что это искусственный кристалл с заданными свойствами.
Как работают «мета-атомы»
Крошечные прорези в золотом покрытии действуют как искусственные атомы («мета-атомы»). Они определяют, как разные группы фотонов проходят через материал, реализуя квантовое поведение.
«Конфигурируя распределение мета-атомов, мы можем систематически диктовать, каким квантовым статистикам разрешено проходить через структуру», — объясняет физик Райли Докинс. «Наш кристалл по существу действует как статистический фильтр для квантовых состояний».
Это означает «робастный транспорт» — способность надёжно переносить квантовые состояния, несущие информацию, без криогенного охлаждения. «Именно это открывает дверь к практическим квантовым технологиям», — говорит физик Омар Маганья-Лоаиса.
Что это открывает
Немедленные применения — в передаче квантовой информации (квантовые коммуникации и интернет) без сложных криогенных установок. Далее — создание более эффективных солнечных элементов: золотой метакристалл может лучше направлять поглощаемый свет и терять меньше энергии в виде тепла. Именно это физики планируют исследовать следующим.
Методы, использованные в этой работе, расширяемы: размеры и расстояния между прорезями можно варьировать для получения разных свойств. «Мы создали материал, которого природа сама по себе не предоставляет», — говорит физик Ченглонг Ю. Доказательство принципа получено — теперь дело за масштабированием.
Читайте также по теме: новых свойствах материалов для физики.
*Источник: ScienceAlert.*
