Cercetătorii de la Universitatea Brown din SUA au observat excitoni fracționali, o nouă clasă de materiale cuantice, pentru prima dată la nivel mondial. Aceste particule, care sfidează înțelegerea tradițională a mecanicii cuantice, ar putea avea implicații majore în dezvoltarea viitoarelor computere cuantice, potrivit unui comunicat de presă.
Dincolo de lumea fizică, unde particulele joacă roluri simple, cum ar fi transportul sarcinilor electrice sau existența ca materie, există lumea cuantică. Aici, particulele pot trece prin bariere solide sau pot comunica pe distanțe mari fără a fi conectate în vreun fel.
Oamenii de știință explorează mecanismele acestei lumi pentru a avansa tehnologii și senzorii. Cu toate acestea, multe aspecte rămân necunoscute, iar descoperirea recentă a excitonilor fracționali aduce noi perspective în acest domeniu.
În mecanica cuantică, un exciton este o particulă formată prin combinarea unui electron cu o „gaură” pozitivă față de care este atras. Excitonii nu poartă sarcină electrică, ceea ce îi face dificil de detectat. Deși cercetătorii știau din calcule teoretice că pot exista excitoni fracționali, identificarea acestora a fost și mai complicată.
Aici intervine efectul Hall cuantic fracționar. Conform efectului Hall clasic, atunci când un curent electric este aplicat unui material aflat într-un câmp magnetic, se generează o tensiune laterală.
Cercetătorii au creat un nanomaterial bidimensional
Acest fenomen apare la temperaturi extrem de scăzute și în câmpuri magnetice intense, cu variații de tensiune ce au loc în salturi distincte. În efectul Hall cuantic fracționar, aceste salturi au loc în valori fracționare. Cercetătorii au aplicat această cunoaștere pentru a observa electroni fracționali, scrie InterestingEngineering.
Folosind două straturi de grafen, cercetătorii au creat un nanomaterial bidimensional, separat de un material izolator, nitrura de bor. Acest lucru a permis controlul precis al sarcinilor electrice și generarea excitonilor în configurația experimentală.
Sistemul a fost apoi expus unor câmpuri magnetice extrem de puternice, de milioane de ori mai mari decât cele ale Pământului, iar fluxul de excitoni fracționali a fost observat.
„Acest comportament neașteptat sugerează că excitonii fracționali ar putea reprezenta o clasă cu proprietăți cuantice unice”, a declarat Naiyuan Zhang, doctorand la Universitatea Brown.
Implicații pentru computerele cuantice
Această descoperire este promițătoare, deoarece ar putea contribui la . Computerele cuantice sunt considerate viitoarea generație de calcul avansat, dar sunt limitate de problema „zgomotului” cuantic, care poate perturba funcționarea sistemelor.
Deoarece excitonii fracționali generează mai puțin zgomot, aceștia ar putea fi utilizați pentru a crea sisteme mai stabile și mai eficiente.
„Am deschis practic o nouă dimensiune pentru explorarea și manipularea acestui fenomen și abia începem să descoperim ce posibilități oferă”, a adăugat Jia Li, profesor asociat de fizică la Universitatea Brown. „Este pentru prima dată când demonstrăm experimental existența acestor particule, iar acum explorăm ce alte aplicații ar putea avea.”
Rezultatele au fost publicate în revista Nature.