Ученые МГУ синтезировали новый потенциально полезный материал для развития квантовых технологий

Ученые Геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова синтезировали новый потенциально полезный материал для развития квантовых технологий. Об этом сообщили в пресс-службе университета. 

Результаты работы опубликованы в Журнале Экспериментальной и Теоретической Физики. Развитие информационных технологий подталкивает общество к созданию новых материалов в области квантовой физики: в частности, ученые изобрели топологические изоляторы, низкоразмерные магнетики, сверхпроводники и многое другое. На сегодняшний день сверхпроводящие материалы являются лидером квантовых технологий. Однако их использование требует чрезвычайно низких температур. В свою очередь 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 градусов 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 двух Кельвинов, 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.