Huonelämpöistä suprafluorenssia

Yhtenäisten makroskooppisten tilojen muodostaminen ja niiden lomittumisen manipulointi ulkoisten ärsykkeiden avulla on olennaista uusille kvanttisovelluksille.

Kollektiivisten kvanttikoherenttien ilmiöiden, kuten Bose-Einsteinin kondensaation, suprajohtavuuden, suprafluiditeetin ja suprasäteilyn havainnointi on kuitenkin rajoitettu erittäin alhaisiin lämpötiloihin.

Uusi North Carolina State Universityssä tehty tutkimus osoittaa, että puolijohtavat perovskiitit osoittavat suprafluoresenssia huonelämpötilassa

Tutkimus setvii tähän makroskooppiseen kvanttifaasimuutokseen liittyvää mekanismia ja selittää, kuinka ja miksi materiaalit, kuten perovskiitit, osoittavat makroskooppista kvanttikoherenssia korkeissa lämpötiloissa.

Kvanttifaasimuutoksen prosesseissa joukko kvanttihiukkasia muodostaa makroskooppisesti koherentin järjestelmän, joka toimii kuin jättimäinen kvanttihiukkanen.

Suprafluoresenssissa kvanttifaasin muutoksessa dipoleina tunnettujen pienten valoa emittoivien yksiköiden populaatio muodostaa jättimäisen kvanttidipolin ja säteilee samanaikaisesti fotonien purskeen.

Suprajohtavuuden ja suprafluiditeetin tapaan suprafluoresenssi vaatii normaalisti kryogeenisten lämpötilojen tarkkailua, koska dipolit siirtyvät pois faasista liian nopeasti muodostaakseen kollektiivisesti koherentin tilan.

Äskettäin NC Staten fysiikan professorin Kenan Gundogdun johtama ryhmä oli havainnut suprafluoresenssia huonelämpöisessä hybridiperovskiiteissa.

"Alkuperäiset havainnot osoittivat, että jokin suojeli näitä atomeja lämpöhäiriöiltä korkeammissa lämpötiloissa", Gundogdu sanoo. Ryhmä analysoi lyijy-halogenidin hybridiperovskiitin rakennetta ja optisia ominaisuuksia. He huomasivat polaronien muodostumista eli kvasihiukkasia, jotka muodostuivat sidotun hilan liikkeestä ja elektroneista. Kun elektroni sitoutuu näihin värähteleviin atomeihin, muodostuu polaroni.

"Analyysimme osoitti, että suurten polaronien muodostuminen luo lämpövärähtelykohinan suodatinmekanismin, jota kutsumme Quantum Analog of Vibration Isolation tai QAVI:ksi", Gundogdu sanoo. Professori Franky So, toteaa: ”Maallikon termein QAVI on iskunvaimennin. Kun dipolit on suojattu iskunvaimentimilla, ne voivat synkronoitua ja osoittaa suprafluoresenssia.

Tutkijoiden mukaan QAVI on luontainen ominaisuus, joka esiintyy tietyissä materiaaleissa, kuten hybridiperovskiiteissa. Tämän mekanismin toiminnan ymmärtäminen saattaa johtaa kvanttilaitteisiin, jotka voisivat toimia huoneenlämmössä.

"Tämän mekanismin ymmärtäminen ei ainoastaan ratkaise suurta fysiikan arvoitusta, vaan se voi auttaa meitä tunnistamaan ja räätälöimään materiaaleja, joiden ominaisuudet mahdollistavat laajennetun kvanttikoherenssin ja makroskooppisen kvanttifaasisiirtymän", Gundogdu visioi.

Aiheesta aiemmin:

Suprajohtavia johteita ja koneita

Valolla kohti huonelämpöistä kvanttitietokonetta