Регенсбургский феномен: Ученые разгадали секрет управления квантовым миром

В университете Регенсбурга физики совершили прорыв, управляя энергией одиночного электрона с помощью колебаний окружающих атомов, что может стать ключом к разработке сверхбыстрых квантовых технологий. Используя новаторский тип ультрабыстрого микроскопа, команда смогла наблюдать и точно контролировать, как вибрации атомов влияют на энергетический уровень электрона, добившись этого на атомарных масштабах и с невероятной скоростью. Это открытие публиковано в журнале Nature Photonics и открывает новые возможности для наноэлектроники и квантовых компьютеров, использующих дефекты в кристаллах как кубиты - элементарные носители информации.

Физики изучали, как дискретный энергетический уровень меняется при вибрации атомного слоя, подобно мембране барабана, особенно в местах вакансий - пустот, оставшихся после удаления отдельных атомов. Такие двумерные кристаллы известны своими уникальными электронными свойствами, что делает их особенно привлекательными для будущих технологий.

Для достижения этих результатов исследователи преодолели несколько трудностей, включая необходимость атомарного разрешения и сверхбыстрого времени наблюдения. Сочетание энергетического и пространственного разрешения сканирующего туннельного микроскопа с использованием специально подобранных ультракоротких лазерных импульсов позволило зафиксировать экстремально быстрые динамики в медленном движении.

Это открытие не только дает новое понимание динамики локализованных энергетических уровней и их взаимодействия с окружающей средой, но и открывает путь к локальному управлению дискретными энергетическими уровнями наиболее прямым способом. Такое взаимодействие может изменить энергетическую структуру материала, создавая новые функциональности или специфически меняя свойства светоизлучающих полупроводников и молекул.

Благодаря беспрецедентному сочетанию разрешения в пространстве, времени и энергии, глубокое понимание фундаментальных процессов, таких как локальное взаимодействие электронов с колебаниями решетки, становится достижимым. Этот подход также может помочь раскрыть тайны ключевых процессов, лежащих в основе таких явлений, как высокотемпературная сверхпроводимость, механизмы которых до сих пор остаются не до конца понятыми.