MCP: в МФТИ и МГУ создают крупные кристаллы для квантовых компьютеров

В журнале Materials Chemistry and Physics вышла статья, в которой исследователи МФТИ и МГУ описали новую технологию получения крупных объёмных кристаллов магнитных топологических изоляторов. Разработка решает ключевую проблему этих материалов — их склонность к разрушению при нагреве, что мешало использованию в квантовых вычислениях и мощной электронике.

Магнитные топологические изоляторы проводят ток только по поверхности, оставаясь изоляторами внутри. Благодаря таким свойствам, включая квантовые эффекты Холла, они важны для квантовых процессоров и спинтронных устройств. Но нестабильность состава при высоких температурах долгое время препятствовала получению больших и однородных монокристаллов.

Учёные предложили метод трёхфазного равновесия, основанный на термодинамическом контроле. В отличие от обычного роста из расплава, здесь одновременно поддерживаются три фазы — кристалл, жидкий расплав и твёрдый высокоплавкий компонент. Такой подход даёт возможность точно управлять составом и структурой материала и снижает нежелательные диффузионные процессы.

В лаборатории МФТИ удалось вырастить сантиметровые кристаллы с выраженными террасами на поверхности скола, что говорит о высокой степени упорядоченности. Научные сотрудники отмечают, что детальное изучение фазовых диаграмм и контроль условий роста обеспечили чистоту и однородность образцов.

Методика успешно применена и к более сложным системам, таким как (Ge,Mn)Bi₂Te₄ и Mn(Bi,In)₂Te₄, которые раньше трудно поддавались синтезу. Управление распределением катионов позволило получать материалы с заранее заданными магнитными и электронными свойствами, что расширяет возможности создания новых устройств на основе МТИ.

Полученные кристаллы, включая MnBi₂Te₄, станут основой для изучения квантовых аномалий и спиновых эффектов Холла в массивных образцах и помогут в поиске экзотических состояний вроде аксионного изолятора. Разработка рассматривается как важный шаг toward созданию отечественной базы для квантовых и спинтронных технологий и подтверждает высокий уровень российских исследований в области материаловедения.