Плазмонный метакристалл различает квантовые состояния света без криогенного охлаждения
Большинство известных квантовых материалов работают только при температурах, близких к абсолютному нулю, что долгое время ограничивало их применение за пределами лабораторий. Тепловые колебания атомов при повышении температуры нарушают хрупкие квантовые состояния, поэтому многие эксперименты требуют криогенных установок.
Новый квантовый статистический плазмонный метакристалл разрабатывался не через поиск редкого природного вещества, а путём инженерного проектирования структуры с заранее заданными свойствами. Исследователи нанесли тонкий слой золота на стеклянный чип, после чего сфокусированным ионным пучком сформировали в нём сотни микроскопических прорезей. Каждая такая структура выполняет роль искусственного атома — метаатома. Вместе они образуют искусственный кристалл толщиной меньше человеческого волоса.
Когда свет попадает на поверхность материала, он взаимодействует с упорядоченно расположенными метаатомами. Меняя их размер, форму и расстояние между ними, учёные настроили структуру на реакцию к различным квантовым характеристикам света. Материал действует как фильтр: одни квантовые состояния он пропускает, другие изменяет.
Главное отличие разработки — способность сохранять и переносить квантовые состояния света при комнатной температуре. По словам Маганья-Лоайсы, такие состояния могут использоваться для передачи информации, а созданный кристалл способен различать их и перемещать внутри структуры без необходимости охлаждения.
Метакристалл формирует особые квантовые статистические зоны, напоминающие энергетические зоны в полупроводниках. В обычных материалах такие свойства определяются природной структурой вещества, тогда как новый подход позволяет проектировать материал с заранее заданным набором квантовых состояний, проходящих через него без изменений.
Учёные считают, что этот принцип может лечь в основу нового класса квантовых материалов. Потенциальные направления применения включают квантовые компьютеры, системы защищённой связи и высокочувствительные сенсоры, где одной из главных проблем остаётся сохранение квантовой информации в реальных условиях. Следующим этапом команда планирует проверить использование метакристалла в солнечных элементах и выяснить, сможет ли структура направлять больше света внутри материала и уменьшать потери энергии, которая в современных панелях частично превращается в тепло вместо электричества.
Практическое внедрение подобных структур потребует соответствующей электронной инфраструктуры. Печатные платы для управляющих и детектирующих цепей таких устройств предполагают учёт оптических интерфейсов и высокочастотных сигналов. Блоки для СВЧ применений обеспечивают передачу сигналов управления метаатомами. Контроль волнового сопротивления становится критическим при согласовании трактов, а функциональный контроль печатных плат позволяет проверять работоспособность систем после интеграции метакристалла.
По материалам: https://industry-hunter.com