Ученые МГУ синтезировали новый материал для развития квантовых технологий

Бурное развитие информационных технологий требует создания новых материалов, обладающих квантовыми свойствами, среди которых топологические изоляторы, низкоразмерные магнетики, сверхпроводники и др. Причем на сегодняшний день сверхпроводящие материалы являются лидером квантовых технологий. Однако их использование требует чрезвычайно низких температур. Низкоразмерные магнетики могут оказаться применимыми уже в комнатных условиях. В их кристаллических структурах атомы переходных металлов образуют цепочечные или слоистые фрагменты.

«Гидротермальный синтез является имитацией образования природных кристаллов – минералов. Этим методом нами при температуре 230°С и давлении водяного пара до 300 атмосфер были синтезированы монокристаллы аналога редкого минерала намибита, Cu(BiO)2VO4OH, открытого в 1981 году в северо-западной Намибии и названного в честь пустыни Намиб.

Особенностью кристаллической структуры намибита является наличие цепочек из связанных ребрами медь-кислородных октаэдров, которые разделяются магнитно инертными катионами висмута. Такой мотив предполагает возможность существования спиновой запутанности между ионами двухвалентной меди», — прокомментировала ведущий научный сотрудник кафедры кристаллографии и кристаллохимии геологического факультета Л.В. Шванская.

Квантовая запутанность — это квантово-механическое явление, при котором квантовое состояние системы многих тел описывается единой волновой функцией, независимо от того, насколько далеко друг от друга в пространстве находится каждое отдельно взятое тело. Материалы, обладающие такими свойствами, являются основой для создания кубитов — «сердца» квантовых компьютеров.

Ученые провели теоретические и экспериментальные исследования синтетического намибита при низких температурах и в сильных магнитных полях. Изучение магнитной восприимчивости и теплоемкости, резонансных характеристик наряду с теоретическими расчетами параметров обменных взаимодействий между катионами меди в цепочке показали, что аналог минерала намибита демонстрирует свойства, присущие системам со спин-жидкостным поведением. В таком основном квантовом состоянии спины атомов находятся в постоянном движении и не переходят в упорядоченное состояние вплоть до температуры абсолютного нуля градусов вопреки закону термодинамики.

«Синтетический намибит не показывает перехода в магнитно-упорядоченное состояние вплоть до температуры 2 К, несмотря на наличие сильных антиферромагнитных взаимодействий в системе. Тем самым является уникальным объектом для изучения явления спиновой запутанности при комнатной температуре», — пояснил заведующий кафедрой физики низких температур и сверхпроводимости, профессор А.Н. Васильев.

Информация предоставлена пресс-службой МГУ