Как устроена граница между квантовым и классическим мирами

Плазмонный поляритон, созданный в кристалле Ag2Te с помощью терагерцового излучения (красным цветом) и регистрируемый с помощью кончика микроскопа атомной силы (AFM).

Несколько лет назад на плазмонику возлагались большие надежды. Но потом пальму первенства перехватил графен, представляющий собой углеродную 2D-структуру моноатомной толщины. Причем эта структура напоминает шестиугольные (гексагональные) пчелиные соты. Аналоги графеновых сот – бензол и гексагональный нитрид бора (hBN). Сегодня в русле всеобщего внимания к квантовой физике и механике с помощью графена создают квантовые сети-схемы, особенно в сочетании с дисульфидом молибдена (MоS2).

Более века назад, в 1913 году, Нобелевскую премию по физике дали голландцу Хейке Камерлинг-Оннесу за открытие сверхпроводимости вблизи абсолютного нуля. За два года до него в Стокгольм вызывали его соотечественника – Йоханеса ван дер-Ваальса, который доказал, что молекулы могут держаться вместе без образования химических связей, то есть без «объединения» своих электронов. Много позже Нобелевскую премию присудили советскому академику Петру Капице за работы по сверхтекучести гелия.

И вот сегодня физики Кембриджского университета объединили сверхпроводящее состояние MоS2, удерживаемого на графене, и силу межмолекулярного притяжения для получения сверхтекучего состояния. Оно достигнуто помещением MоS2 между защитными слоями hBN. В итоге были получены очень перспективные нанопроводники.

Квантовая механика все прочнее материализуется «в железе». Тот же MоS2 относительно давно уже используется как компонент так называемых SQUID – устройств на основе сверхпроводящих квантовых интерферометров. Они применяются при сканировании магнитных полей. Их использование при энцефалографии позволяет точно локализовать источник нейронной активности (в отличие от ЭЭГ).

Изображения, полученные с помощью обычного (С) микроскопа (слева), и более четкое, с большим разрешением – квантового (Q).  Иллюстрации Physorg

Физики давно научились генерировать entangled Шредингера, но применительно к микро-, если не нанообъектам. И вот впервые наносвязку продемонстрировали в цюрихском Институте технологии. Там соединили между собой два квантовых состояния вибрирующего кристалла весом 16 мкг каждый. Авторы работы отмечают, что их результаты позволяют исследовать трудноуловимую границу между квантовым и классическим мирами, а также инициировать работы по созданию технологий квантовой обработки информации, более точной метрологии. Это делает еще более реальными квантовые компьютеры.

Нельзя не сказать о полупроводниковых кристаллах, образованных его соединением с теллуром (Ag2Te). Физики университетов Сан-Себастьяна (Испания) и Фуданьского в Шанхае (Китай) расположили кристаллы Ag2Te у зеркала из золота. Подвергнув их терагерцовому облучению, ученые получили в кристаллах так называемые плазмонные поляритоны (ПП). Новая схема получения ПП помогает проводить точнейшие измерения переносчиков заряда и их массы. Такая сверхточность достигается благодаря тому, что длина волны распространения поляритонов в 100 раз короче, чем соответствующего фотона. Тем самым продемонстрирована возможность манипулирования фотонами в будущих фотонных устройствах. А кроме того, устраняется эффект угасания плазмонных поляритонов в реальных условиях.