Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории обнаружили соединение KxNi4S2, способное переключаться между двумя электронными состояниями в одной структуре. Это открытие может упростить создание более быстрых компьютерных чипов и адаптивных датчиков, позволив инженерам управлять скоростью потока электронов в реальном времени.
Американские ученые обнаружили редкий квантовый материал, который способен переключаться между двумя различными электронными состояниями по требованию. Исследовательская группа под руководством Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США выявила это уникальное свойство в новом типе сульфидного материала никеля, известном под формулой KxNi4S2. В этом соединении атомы никеля и серы расположены между слоями калия, причем количество калия может варьироваться от нуля до единицы в зависимости от образца, что открывает возможность тонкой регулировки свойств материала.
Как пояснил профессор Северо-Западного университета Меркури Канацидис, возглавлявший исследование, количество калия в материале можно изменять от полного насыщения до полного истощения, а также фиксировать любые промежуточные состояния. Ученый подчеркнул, что не знает другого материала, способного переключаться между квантовыми состояниями в пределах одной и той же структуры. Сам KxNi4S2 был впервые разработан в 2021 году в рамках проекта по созданию новых сверхпроводников, однако при изучении его свойств исследователи обнаружили неожиданный эффект: приложение электрического тока вытесняет калий из слоев, что приводит к изменению общей формы материала.
Этот процесс оказался обратимым, что позволило материалу проявлять две различные квантовые особенности: конусы Дирака и плоские полосы. В состоянии Дирака электроны ведут себя как почти безмассовые частицы и движутся чрезвычайно быстро, а в состоянии плоской зоны они замедляются, словно становятся тяжелее. Такая двойственность превращает материал в своего рода контроллер транспортного потока, позволяя точно регулировать скорость и направление движения электронов. По мнению исследователей, подобный контроль крайне востребован в современной электронике, особенно при создании высокоскоростных процессоров и интеллектуальных датчиков.
Для подтверждения своих выводов ученые создали образцы в Центре наноматериалов Аргоннской лаборатории, где с помощью высокопроизводительного вычислительного кластера рассчитали их электронную структуру, а затем провели наблюдения на источнике синхротронного излучения. Канацидис отметил, что высокое содержание никеля в этом соединении заставляет атомы взаимодействовать и связываться друг с другом, и именно это, по всей вероятности, лежит в основе его необычных свойств. Возможность переключать квантовые состояния в одном материале может радикально упростить проектирование устройств: вместо использования нескольких компонентов инженеры смогут полагаться на единую систему, которая изменяет свое поведение в реальном времени. Результаты исследования опубликованы в рецензируемом журнале Matter.
💡 Читайте также:
Понравился материал?
Подписывайтесь на наши каналы в Дзене, VK, OK и Telegram и заходите на наш сайт Techdgst.ru, где мы публикуем еще больше новостей о технологиях и науке.