Чтобы наблюдать квантовые явления в макромасштабах, обычно требуется охлаждение до очень низких температур. Российские физики впервые в мире добились квантового эффекта в магнитных материалах при комнатной температуре. С помощью разработанной технологии в будущем будут созданы квантовые компьютеры, не нуждающихся в сложных и дорогих охлаждающих установках. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.
Квантовые эффекты обычно наблюдаются в элементарных частицах вещества, однако при очень низких температурах их можно получить и в макромасштабе. Последние десятилетия внимание ученых привлекает явление сверхпроводимости, то есть протекания электрического тока без сопротивления. В том числе она проявляется у магнетиков — веществ, обладающих магнитными свойствами. Такие материалы нужны и для разгона частиц в Большом адронном коллайдере, и для создания транспорта будущего, левитирующего на магнитных подушках. Основной проблемой развития и массового производства магнитных сверхпроводников стала необходимость использования сложных и дорогих охлаждающих установок.
Поддержанные Российским научным фондом исследователи из Российского квантового центра впервые в мире получили магнонную сверхпроводимость при комнатной температуре. Они провели эксперименты на монокристаллической пленке железо-иттриевого граната. Это вещество обладает самопроизвольной намагниченностью при определенных температурах. В таком кристалле квазичастицы, совокупностью которых описывается магнитное поле, дольше сохраняют свои квантовые свойства. Ученые показали, что так называемые магноны — магнитные возбуждения в магнетиках — при сильном возбуждении переходят в квантовое состояние, похожее на состояние атомов при сверхнизких температурах. В нем довольно много атомов вещества переходит в статистически маловероятные квантовые состояния, и в результате квантовый эффект наблюдается в макромасштабе.
«Получить квантовые явления сверхтекучести и сверхпроводимости при комнатной температуре было давней мечтой исследователей, но считалось, что они не могут проявляться в таких условиях. Наши исследования железо-иттриевого граната показали, что в этом веществе необходимые явления наблюдаются даже при более высокой температуре. Это открытие даст возможность применять квантовые явления без использования дорогостоящих и габаритных систем охлаждения. Это казалось чем-то из области фантастики, но мы получили магнонную сверхпроводимость. В частности, теперь можно работать над созданием перспективных квантовых компьютеров, которые будут работать при комнатной температуре», — рассказал руководитель проекта по гранту РНФ, главный научный сотрудник Российского квантового центра Юрий Буньков.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
