Исследователи из МФТИ и МГУ разработали новую технологию, которая решает одну из ключевых проблем на пути к созданию квантовых компьютеров. Метод позволяет выращивать крупные и сверхчистые кристаллы магнитных топологических изоляторов — материалов, без которых невозможны стабильные кубиты и энергоэффективная электроника будущего.
Магнитные топологические изоляторы — это уникальные материалы, проводящие ток только по своей поверхности, оставаясь «изоляторами» внутри. Эти свойства делают их идеальной основой для квантовых процессоров. Однако долгое время учёные во всём мире сталкивались с непреодолимой преградой: при нагреве эти соединения распадались, что делало невозможным получение крупных, качественных кристаллов традиционными способами.
Российская команда предложила инновационное решение — метод выращивания в условиях трёхфазного равновесия. В отличие от стандартных подходов, в новой технологии одновременно сосуществуют три фазы: растущий кристалл, расплав и твёрдый высокоплавкий компонент. Это позволяет обойти проблему распада и получать монокристаллы размером в несколько сантиметров с беспрецедентной чистотой и стабильностью.
Нам удалось разработать новый метод синтеза, использующий двухфазный источник в стандартной установке для выращивания кристаллов. Это классический пример того, как глубокое понимание фундаментальных принципов позволяет решить сложнейшую прикладную задачу. Получение кристаллов сантиметрового размера — прямое свидетельство их высочайшего структурного качества
поясняет один из авторов работы, ведущий научный сотрудник лаборатории фотоэлектронной спектроскопии квантовых функциональных материалов МФТИ Лада Яшина.
Особый прорыв заключается в том, что метод успешно применён к сложнейшим многокомпонентным системам, где контроль состава традиционно был почти невозможен.
Продемонстрированный контроль над однородностью состава открывает путь к направленному синтезу материалов с запрограммированными свойствами
отмечает Александр Фролов, заведующий лабораторией фотоэлектронной спектроскопии МФТИ.
Разработка имеет стратегическое значение. Качественные кристаллы — это основа для создания стабильных кубитов в квантовых компьютерах и ключевой элемент для устройств спинтроники. «Возможность управлять составом и свойствами материала делает эту платформу идеальной для поиска новых экзотических квантовых состояний», — добавляет Василий Столяров, директор Центра перспективных методов мезофизики МФТИ.
Исследование, выполненное при поддержке Российского научного фонда, открывает России путь к технологическому суверенитету в одной из самых перспективных и конкурентных областей науки — квантовых технологиях. Работа опубликована в престижном международном журнале Materials Chemistry and Physics.