Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kondův jev a speciální kvantové provázání.
Fyzikové vytvořili nový ultratenký dvouvrstvý materiál s vlastnostmi, které dosud vyžadovaly sloučeniny kovů vzácných zemin. Tento materiál, který lze navíc poměrně snadno vyrobit, by podle autorů výzkumu mohl poskytnout platformu pro kvantové výpočty, posunout výzkum nekonvenční supravodivosti a tzv. kvantové kritičnosti.
Původně se vědci snažili připravit kvantovou spinovou kapalinu, nakonec ale získali ještě jinou formu hmoty. Vytvořili 1 atom tenkou vrstvu sulfidu tantaličitého TaS2. Přitom ale vznikly na řadě míst ostrůvky, které se skládaly ze dvou vrstev. Další zkoumání těchto ostrůvků vedlo k závěru, že v nich dochází ke Kondově jevu.
Viz také: Střídavý Josephsonův jev a kvantové tečky
Kondův jev je mnohočásticový kvantový efekt, kdy při dostatečně nízkých teplotách způsobují volné magnetické momenty v důsledku svých interakcí s elektrony anomální vodivost.
Následkem Kondova jevu je mj. to, že se elektrony chovají, jako by měly větší hmotnost. Hovoříme pak o tzv. materiálech s těžkými fermiony (tj. těžké jsou i normálně lehké elektrony). Těžké fermiony jsme přitom dosud znali pouze se sloučenin kovů vzácných zemin.
Materiály s těžkými fermiony mají přitom potenciálně mnohostranné využití. Mohly by fungovat jako topologické supravodiče a umožňovat konstrukci qubitů, které jsou odolnější vůči šumu, což by snížilo chybovost kvantových počítačů a umožnilo delší trvání výpočtu.
Sulfid tantaličitý sám o sobě není nijak exotickou sloučeninou, ovšem studovaná podoba je hodně speciální. „Přestože obě vrstvy nového materiálu jsou sulfidem tantaličitým, v jejich vlastnostech existují jemné, ale důležité rozdíly. Jedna vrstva se chová jako kov a je elektricky vodivá, zatímco druhá vrstva má strukturní změnu, která způsobuje lokalizaci elektronů do pravidelné mřížky. Kombinace obou vede ke vzniku fyziky těžkých fermionů, kterou ani jedna z vrstev samostatně nevykazuje,“ uvádí průvodní tisková zpráva finské Aalto University.
Tento nový materiál s těžkými fermiony také nabízí mocný nástroj pro zkoumání tzv. kvantové kritičnosti. To znamená dosažení kritického bodu, kdy systém začne přecházet z jednoho kolektivního kvantového stavu do druhého, například z běžného magnetu směrem k materiálu z provázaných (entanglement) těžkých fermionů. V kritickém bodě systém silně reaguje na sebemenší změnu a poskytuje ideální platformu pro konstrukci ještě exotičtějších forem tzv. kvantové hmoty.
Vědci budou např. zkoušet otáčet v ostrůvcích jednotlivé vrstvy vůči sobě. Toto a dále změny vazby mezi vrstvami by mohlo vyladit systém právě směrem ke kvantově kritickému chování.
Peter Liljeroth, Artificial heavy fermions in a van der Waals heterostructure, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-04021-0. www.nature.com/articles/s41586-021-04021-0
Zdroj: Aalto University / Phys.org
