الباحثون يفتحون اختصارًا فعالًا لمواد الكم

طوّر فريق من العلماء طريقة جديدة للتلاعب بمواد الكم باستخدام الإكسيتونات، متجاوزين الحاجة إلى ليزرات شديدة. هذا النهج، بقيادة معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا وجامعة ستانفورد، يحقق تأثيرات فلكويت قوية بطاقة أقل بكثير، مما يقلل من خطر تلف المواد. النتائج، المنشورة في Nature Physics، تفتح مسارات نحو أجهزة كم متقدمة.

استكشف العلماء منذ زمن طويل هندسة فلكويت، وهي تقنية تستخدم تأثيرات دورية مثل الضوء لتغيير خصائص المواد الإلكترونية مؤقتًا. اقترحت في 2009 بواسطة أوكا وأوكي، واجهت هذه المجال تحديات بسبب الحاجة إلى ضوء شديد للغاية، الذي غالبًا ما يتلف العينات وينتج تأثيرات قصيرة الأمد. الآن، أظهر باحثون من معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا (OIST)، جامعة ستانفورد، وشركاء آخرون بديلاً أكثر كفاءة: هندسة فلكويت الإكسيتونية. الإكسيتونات، وهي أزواج قصيرة العمر من الإلكترونات والثقوب المتكونة في أشباه الموصلات، تتفاعل بقوة مع المادة بسبب قوى كولوم، خاصة في الهياكل ثنائية الأبعاد. «تتفاعل الإكسيتونات بقوة أكبر مع المادة من الفوتونات بسبب التفاعل الكولومي القوي، خاصة في مواد 2D»، شرح البروفيسور كيشاف داني من وحدة التحليل الطيفي الفيمتوثانية في OIST. هذا يسمح بتعديلات كمية قوية دون الطاقات العالية المدمرة للطرق التقليدية القائمة على الضوء. استخدم الفريق التحليل الطيفي للصورة الفوتوكهربائية المحلولة زمنيًا وزاويًا (TR-ARPES) على شبه موصل رقيق ذريًا. أولاً، طبقوا إثارة بصرية قوية لملاحظة السلوك الفلكويتي القياسي، ثم خفضوا شدة الضوء بأكثر من درجة من الحجم وقاسوا الاستجابات بعد 200 فيمتوثانية لعزل التأثيرات الإكسيتونية. «استغرقنا عشرات الساعات لجمع البيانات لملاحظة نسخ فلكويت بالضوء، لكن فقط حوالي ساعتين لتحقيق فلكويت إكسيتوني - وبأثر أقوى بكثير»، قال الدكتور فيفيك باريك، الآن في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. أشار شينغ زو، طالب دكتوراه في OIST، إلى أن الضوء يتفاعل ضعيفًا مع المادة، مما يتطلب ترددات على مقياس الفيمتوثانية التي تهدد بتبخير المادة. بالمقابل، توفر الإكسيتونات، المولدة من إلكترونات المادة نفسها، طاقة متذبذبة ذاتيًا قابلة للتعديل عند شدات أقل. أضاف المؤلف المشترك البروفيسور جيانلوكا ستيفانوتشي من جامعة روما تور فيרגاتا أن إنشاء كثافة عالية من الإكسيتونات يحتاج إلى ضوء أقل بكثير، مما يمكن من إثارات دورية فعالة للتوليف. يمد هذا الاختراق تأثيرات فلكويت إلى ما هو أبعد من الفوتونات إلى جسيمات بوزونية أخرى مثل الفونونات أو البلازمونات، ممهدًا الطريق لتصميم عملي لمواد الكم. «لقد فتحنا أبواب فيزياء فلكويت التطبيقية لمجموعة واسعة من البوزونات»، ختم الدكتور ديفيد بيكون، الآن في كلية لندن الجامعية. يظهر الدراسة في Nature Physics (2026، DOI: 10.1038/s41567-025-03132-z).

مقالات ذات صلة

Scientists at California Polytechnic State University have discovered new forms of quantum matter by varying magnetic fields over time. The breakthrough, detailed in Physical Review B, shows that time-dependent control can produce stable quantum states without static equivalents. This could advance quantum computing by making systems more resistant to errors.

من إعداد الذكاء الاصطناعي

Researchers at the University of Chicago have developed a straightforward method to produce complex entangled quantum states using basic adjustments in optical cavity systems. The approach relies on existing laboratory tools and could advance quantum sensing applications. Their findings appear in a recent issue of Physical Review X.

Researchers at the University of Oxford have achieved the first-ever demonstration of quadsqueezing, a fourth-order quantum effect, using a single trapped ion. The breakthrough, published on May 1 in Nature Physics, introduces a novel method to engineer complex quantum interactions. This advance could enhance quantum simulation, sensing, and computing.

من إعداد الذكاء الاصطناعي

Scientists at Brown University and the University of Michigan have created and stabilized a previously theoretical crystal phase by assembling custom silver nanoparticles. The breakthrough, published in Science, reveals details of metal crystal transformations and shows room-temperature quantum optical properties.

يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط

نستخدم ملفات تعريف الارتباط للتحليلات لتحسين موقعنا. اقرأ سياسة الخصوصية الخاصة بنا سياسة الخصوصية لمزيد من المعلومات.
رفض