Гибрид металла и магнита перекраивает будущее квантовых технологий

Исследователи из Университета Британтской Колумбии открыли материал, который сочетает свойства металла и одномерного магнита. Соединение Ti₄MnBi₂ — первая экспериментально подтверждённая система, где магнитные импульсы распространяются как цепочка, несмотря на металлическую природу вещества. Это открытие переворачивает представления о том, как магнетизм и электричество взаимодействуют на микроуровне, и приближает эру сверхбыстрых квантовых устройств.

Материал работает как гибрид проводника и магнита, где крошечные магнитные «импульсы» выстраиваются в одномерные цепочки, напоминающие нить из связанных друг с другом магнитиков. В отличие от обычных трёхмерных систем, здесь квантовая нестабильность мешает упорядочиванию даже при экстремально низких температурах. Учёные сравнивают это с попыткой построить башню из шаров, которые постоянно дрожат — структура остаётся динамичной, открывая путь к управлению квантовыми состояниями.

Эксперименты с нейтронным рассеянием и компьютерное моделирование подтвердили: одномерный квантовый проводник не подчиняется классическим законам. Его магнитные цепочки тесно связаны с электронами проводимости, создавая среду, где квантовые эффекты доминируют. Это делает материал идеальной «площадкой» для изучения явлений вроде сверхпроводимости или перехода между металлическим и изоляторным состояниями — важных процессов для создания квантовых компьютеров.

«Раньше такие системы были теоретическими. Теперь у нас есть инструмент, чтобы проектировать материалы, где магнетизм и проводимость не конкурируют, а усиливают друг друга», — пояснила профессор Мейган Аронсон, руководитель исследования. Команда вырастила более 400 кристаллов Ti₄MnBi₂, чтобы проверить и доказать его уникальные свойства.

Практическое значение открытия — в перспективе создания устройств спинтроники, где информация передаётся не электрическими зарядами, а магнитными импульсами. Это может привести к появлению памяти с рекордной плотностью и скоростью, а также компонентов для квантовых симуляторов. Учёные уже исследуют, как использовать квантовую цепь для улучшения стабильности кубитов.

Прогнозируется, что в ближайшее десятилетие на основе подобных материалов появятся прототипы устройств, превосходящих классические аналоги. «Мы стоим на пороге нового этапа в квантовых технологиях, где материалы вроде Ti₄MnBi₂ станут строительными блоками», — заключил доктор Альберто Ночера, соавтор работы. Ожидается, что следующие исследования позволят «настроить» свойства таких соединений для конкретных применений — от обработки данных до датчиков нового поколения.

 Источник: Nature Materials, sciencedaily