Долгие десятилетия кремниевые технологии совершенствовались, преобразуя гигантские компьютеры в компактные микросхемы, однако физические ограничения кремния препятствуют дальнейшей миниатюризации и повышению эффективности.
Квантовые материалы, в которых электроны проявляют сложное и необычное поведение, открывают возможности для создания устройств нового поколения с такими свойствами, как сверхпроводимость и уникальные магнитные характеристики.
Резонансное неупругое рассеяние рентгеновских лучей (RIXS) позволяет с помощью ультраярких рентгеновских лучей возбуждать материалы, регистрируя мельчайшие изменения энергии и импульса электронов. Высокоточность спектрометров дает возможность изучать даже одноатомные слои и отслеживать изменения за время, измеряемое в субпикосекундах.
Марк Дин из Brookhaven National Laboratory, возглавляющий группу по динамике и управлению в отделе конденсированных веществ и материаловедения, активно использует метод RIXS для детальной характеристики квантовых материалов. Вместе с Маттео Митрано и Стивеном Джонстоном, последний из которых сравнивает работу RIXS с изменением тона гитарной струны, эта команда раскрывает, как фиксируются энергетические изменения. Профессор Young-June Kim из Университета Торонто, бывшая стипендиатка Goldhaber в Brookhaven, отмечает, что метод обнаруживает микроскопические колебания электронов даже в ранее «запрещённых» областях.
Последние технологические достижения позволили проводить эксперименты, которые еще пять лет назад казались невозможными. Статья, опубликованная в журнале Physical Review X, подробно описывает текущее состояние и перспективы развития RIXS, реализованного на линии Soft Inelastic X-ray Scattering (SIX) в Национальном источнике синхротронного света NSLS-II в Brookhaven. Высокая устойчивость установки к вибрациям и возможность измерения малейших энергетических изменений становятся решающими факторами успеха экспериментов.
Практические исследования, проведенные в сотрудничестве с Валентиной Бисогни и Джонатаном Пелличиари, сосредоточены на изучении формирования и динамики экситонов – подвижных частицоподобных объектов. Эти наблюдения открывают новые перспективы для понимания электронного поведения в квантовых материалах и их потенциальных возможностей для передовых технологических применений.
Применение RIXS для прямого обнаружения квантовой запутанности – явления, описываемого как «зловещая» связь между частицами, становится одним из перспективных направлений. Маттео Митрано в своей публикации указывает на необходимость поиска четких доказательств квантовой запутанности, критикуя чрезмерное использование термина «квантовый» в модных заявлениях, что имеет ключевое значение для развития квантовых информационных технологий.
Помимо Brookhaven, эксперименты с ультрабыстрыми измерениями проводятся на Linac Coherent Light Source (LCLS) в SLAC National Accelerator Laboratory, где лазерные импульсы длительностью в пикосекунды позволяют манипулировать квантовыми состояниями и открывать новые горизонты в изучении квантовых явлений.
Метод RIXS предоставляет уникальную платформу для исследования взаимодействия света с веществом на микроскопическом уровне. Двухмерные квантовые материалы, созданные на базе Центра функциональных наноматериалов (CFN) при Brookhaven, демонстрируют свойства, которые могут быть использованы в разработке квантовых компьютеров, сенсоров и систем связи, что подчеркивает стратегическую важность этих исследований для будущих инженерных решений.
Непрерывное усовершенствование инструментальных методов и тесное сотрудничество теоретиков с экспериментаторами способствуют глубокому пониманию микроскопических процессов в квантовых материалах, что закладывает фундамент для революционных технологических инноваций завтрашнего дня.
Изображение носит иллюстративный характер
Квантовые материалы, в которых электроны проявляют сложное и необычное поведение, открывают возможности для создания устройств нового поколения с такими свойствами, как сверхпроводимость и уникальные магнитные характеристики.
Резонансное неупругое рассеяние рентгеновских лучей (RIXS) позволяет с помощью ультраярких рентгеновских лучей возбуждать материалы, регистрируя мельчайшие изменения энергии и импульса электронов. Высокоточность спектрометров дает возможность изучать даже одноатомные слои и отслеживать изменения за время, измеряемое в субпикосекундах.
Марк Дин из Brookhaven National Laboratory, возглавляющий группу по динамике и управлению в отделе конденсированных веществ и материаловедения, активно использует метод RIXS для детальной характеристики квантовых материалов. Вместе с Маттео Митрано и Стивеном Джонстоном, последний из которых сравнивает работу RIXS с изменением тона гитарной струны, эта команда раскрывает, как фиксируются энергетические изменения. Профессор Young-June Kim из Университета Торонто, бывшая стипендиатка Goldhaber в Brookhaven, отмечает, что метод обнаруживает микроскопические колебания электронов даже в ранее «запрещённых» областях.
Последние технологические достижения позволили проводить эксперименты, которые еще пять лет назад казались невозможными. Статья, опубликованная в журнале Physical Review X, подробно описывает текущее состояние и перспективы развития RIXS, реализованного на линии Soft Inelastic X-ray Scattering (SIX) в Национальном источнике синхротронного света NSLS-II в Brookhaven. Высокая устойчивость установки к вибрациям и возможность измерения малейших энергетических изменений становятся решающими факторами успеха экспериментов.
Практические исследования, проведенные в сотрудничестве с Валентиной Бисогни и Джонатаном Пелличиари, сосредоточены на изучении формирования и динамики экситонов – подвижных частицоподобных объектов. Эти наблюдения открывают новые перспективы для понимания электронного поведения в квантовых материалах и их потенциальных возможностей для передовых технологических применений.
Применение RIXS для прямого обнаружения квантовой запутанности – явления, описываемого как «зловещая» связь между частицами, становится одним из перспективных направлений. Маттео Митрано в своей публикации указывает на необходимость поиска четких доказательств квантовой запутанности, критикуя чрезмерное использование термина «квантовый» в модных заявлениях, что имеет ключевое значение для развития квантовых информационных технологий.
Помимо Brookhaven, эксперименты с ультрабыстрыми измерениями проводятся на Linac Coherent Light Source (LCLS) в SLAC National Accelerator Laboratory, где лазерные импульсы длительностью в пикосекунды позволяют манипулировать квантовыми состояниями и открывать новые горизонты в изучении квантовых явлений.
Метод RIXS предоставляет уникальную платформу для исследования взаимодействия света с веществом на микроскопическом уровне. Двухмерные квантовые материалы, созданные на базе Центра функциональных наноматериалов (CFN) при Brookhaven, демонстрируют свойства, которые могут быть использованы в разработке квантовых компьютеров, сенсоров и систем связи, что подчеркивает стратегическую важность этих исследований для будущих инженерных решений.
Непрерывное усовершенствование инструментальных методов и тесное сотрудничество теоретиков с экспериментаторами способствуют глубокому пониманию микроскопических процессов в квантовых материалах, что закладывает фундамент для революционных технологических инноваций завтрашнего дня.
