Ученые университета Аалто получили двухслойный квантовый материал

Ультратонкий двухслойный материал с квантовыми свойствами изготовили физики из университета Аалто, 24 ноября сообщает журнал Nature.

Этот материал, который относительно прост в изготовлении и не содержит редкоземельных металлов, может обеспечить новую платформу для квантовых вычислений и продвинуть исследования в области нетрадиционной сверхпроводимости и квантовой критичности.

Исследователи показали, что, отталкиваясь от, казалось бы, обычных материалов, может появиться радикально новое квантовое состояние материи. Это открытие было сделано в результате работ по созданию квантовой спиновой жидкости. При попытке создания одного слоя атомарно тонкого дисульфида тантала, получались также островки, состоящие из двух слоев.

Когда ученые исследовали эти острова, они обнаружили, что взаимодействия между двумя слоями вызвали явление, известное как эффект Кондо, приводящее к макроскопически запутанному состоянию вещества, создающему систему тяжелых фермионов.

Эффект Кондо — это взаимодействие между магнитными примесями и электронами, которое вызывает изменение электрического сопротивления материала при изменении температуры. Это приводит к тому, что электроны ведут себя так, как будто они имеют большую массу, в результате чего эти соединения называются тяжелыми фермионными материалами. Это явление является отличительной чертой материалов, содержащих редкоземельные элементы.

«Изучению сложных квантовых материалов препятствуют свойства природных соединений. Наша цель — создать искусственные материалы, которые можно легко настраивать и контролировать извне, чтобы расширить спектр экзотических явлений, которые могут быть реализованы в лаборатории», — говорит профессор Питер Лильерот.

Хотя оба слоя в новом материале представляют собой сульфид тантала, существуют тонкие, но важные различия в их свойствах. Один слой ведет себя как металл, проводя электроны, в то время как другой слой имеет структурные изменения, которые приводят к локализации электронов в регулярной решетке. Сочетание этих двух факторов приводит к появлению физики тяжелых фермионов, которую ни один из слоев не проявляет в одиночку.

«В будущем мы изучим, как система реагирует на вращение каждого листа относительно другого, и попытаемся изменить связь между слоями, чтобы настроить материал на квантово-критическое поведение», — говорит Лильерот.