Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) обнаружили редкий квантовый материал, способный переключаться между двумя различными электронными состояниями по запросу. Это открытие может привести к созданию более быстрых процессоров и адаптивных сенсоров.
Новый материал, KxNi4S2, представляет собой соединение никеля и серы, расположенных между слоями калия. Количество калия в структуре можно изменять, что позволяет настраивать свойства материала.
По словам профессора Меркури Канатзидиса из Северо-Западного университета, материал способен переключаться между квантовыми состояниями в рамках одной структуры. «Я не могу назвать другой материал с такими свойствами», — отметил он.
KxNi4S2 был впервые разработан в 2021 году в рамках проекта по созданию новых сверхпроводников. Однако учёные обнаружили, что электрический ток может выталкивать калий из слоёв, изменяя форму материала. Этот процесс обратим и позволяет материалу демонстрировать два квантовых состояния: конусы Дирака и плоские зоны.
В состоянии Дирака электроны ведут себя как почти безмассовые частицы и движутся с высокой скоростью. В плоских зонах электроны замедляются и ведут себя как более тяжёлые частицы. Эта двойственность позволяет точно управлять скоростью и потоком электронов, что особенно важно для современной электроники.
Исследователи создали образцы материала в Центре наномасштабных материалов (CNM) Аргоннской лаборатории и подтвердили его свойства с помощью наблюдений на источнике фотонов APS. Оба центра являются пользовательскими объектами DOE.
Возможность переключения квантовых состояний в одном материале может упростить проектирование устройств. Вместо использования нескольких материалов инженеры смогут полагаться на одну систему, изменяющую свои свойства в реальном времени. Это открытие также открывает новые перспективы для разработки квантовых материалов. Учёные планируют обобщить метод синтеза, чтобы найти больше подобных соединений.
Таким образом, новый материал KxNi4S2 представляется важным в развитии квантовой электроники, предлагая уникальные возможности для управления электронными свойствами и создания более эффективных устройств.