Электроника следующего поколения и квантовые компьютеры полагаются на материалы, которые показывают механические квантом явления и связанные свойства, которыми могут управлять внешние стимулы, например, батареей в микроэлектронной схеме. Квантовая механика управляет, например, как быстро – и если во все-электронах может переместиться через материал и, таким образом, определить, является ли материал металлом, который проводит электрический ток или является ли это изолятором, который не может провести ток. Кроме того, взаимодействие электронов с кристаллической структурой управляет, может ли материал быть сегнетоэлектриком.
В этом случае можно переключиться между двумя электрическими ориентациями, применив внешнее электрическое поле. Возможность активировать многократные механические квантом свойства в одном единственном материале представляет фундаментальный научный интерес, но может также расширить спектр возможного применения.Международная команда исследователей во главе с профессором Чезаре Франкини и доктором Джиэнгэнгом Хэ из Quantum Materials Modelling Group в Венском университете, в сотрудничестве с профессором Рондинелли из Северо-Западного университета и профессором Син-Цю Чэнем из китайской Академии наук теперь продемонстрировала, что многократные квантовые взаимодействия могут, действительно, сосуществовать в единственном материале и что возможно настроиться между ними с электрическим полем. «Это похоже на просыпающиеся различные виды квантовых взаимодействий, которые спокойно спят в том же самом доме, не зная друг друга», объясняет профессор Франкини. Для их открытия ученые решили форму relativistc уравнения Schrodinger, выполнив компьютерные моделирования на Вене Научная Группа.
Материал их выбора, составного Ag2BiO3, исключительный по двум причинам; с одной стороны, это состоит из тяжелого висмута элемента, который позволяет вращению электрона взаимодействовать с его собственным движением (сцепление орбиты вращения) – особенность, у которой нет аналогии в классической физике. С другой стороны, его кристаллическая структура не показывает симметрию инверсии, предполагая, что сегнетоэлектричество могло произойти.
«Согласовывая многократный квант механические свойства, которые часто не сосуществуют вместе и пытающийся сделать это дизайном, очень сложны», заявляет профессор Рондинелли. Применение электрического поля к окисному Ag2BiO3 меняет атомные положения и определяет, соединены ли вращения в парах (формирующий так называемые Weyl-фермионы) или отделились (Rashba-разделение), и проводящий ли материал электрически или нет. «Мы нашли первый реальный случай топологического квантового перехода от сегнетоэлектрического изолятора до несегнетоэлектрического полуметалла», сияет профессор Франкини.
Сцепление орбиты вращения имеет фундаментальное значение, поскольку это может привести к формированию новых квантовых состояний вопроса и представляет одну из самой горячей области исследования в современной физике. Также ввиду возможного применения, там обещают перспективы: контроль над квантовыми взаимодействиями в реальном материале мог позволить сверхбыструю электронику малой мощности, и квантовые компьютеры для качественного прыгает вперед в сборе данных, обработке и обмене.