Ֆիզիկոսների միջազգային խումբը հայտնաբերել է քվանտային մակարդակում նյութերի հատկությունները փոխելու նոր եղանակ՝ առանց չափազանց հզոր լազերների կիրառման: Դրա փոխարեն նրանք օգտագործել են էքսիտոններ՝ կիսահաղորդիչներում էլեկտրոնի և «խոռոչի» կապված զույգեր: Հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են Nature Physics ամսագրում:

Լազերներից դեպի էքսիտոններ

Ֆլոկե-ինժեներիան (Floquet engineering) մի մեթոդ է, որի դեպքում պարբերական արտաքին ազդեցությունը (սովորաբար լույսը) փոխում է բյուրեղի էլեկտրոնային կառուցվածքը՝ ստեղծելով նոր էներգետիկ վիճակներ: Տեսականորեն սա թույլ է տալիս սովորական նյութը ժամանակավորապես վերածել գերհաղորդչի կամ օժտել այլ էկզոտիկ հատկություններով: Սակայն գործնականում պահանջվում էին այնպիսի հզոր լազերներ, որ նմուշն արագ տաքանում էր և քայքայվում:

Հետազոտության հեղինակներն առաջարկել են այլընտրանք՝ օգտագործել ոչ թե ֆոտոններ, այլ էքսիտոններ: Այս քվազիմասնիկները շատ ավելի ուժեղ են փոխազդում բյուրեղային ցանցի հետ, քանի որ ուղղակիորեն կապված են նյութի էլեկտրոնների հետ: Սա թույլ է տալիս հասնել զգալի ֆլոկե-էֆեկտների՝ օգտագործելով անհամեմատ քիչ էներգիա:

Փորձը և արդյունքը

Գիտնականներն աշխատել են ատոմային մակարդակի բարակություն ունեցող կիսահաղորդչի հետ: Սկզբում նրանք ֆիքսել են էլեկտրոնային գոտիների դասական ֆլոկե-կրկնօրինակները ուժեղ օպտիկական ազդեցության տակ: Այնուհետև լույսի ինտենսիվությունը նվազեցրել են ավելի քան տասը անգամ և չափումներն իրականացրել 200 ֆեմտովայրկյան անց՝ այն պահին, երբ էքսիտոններն արդեն գերակշռում էին: Էֆեկտը ոչ միայն պահպանվել է, այլև զգալիորեն ավելի ուժեղ է եղել:

Սա ապացուցում է, որ ֆլոկե-ինժեներիան այլևս սահմանափակված չէ միայն ֆոտոններով: Տեսականորեն նմանատիպ փոփոխություններ կարելի է առաջացնել նաև այլ քվազիմասնիկներով՝ ֆոնոններով (ցանցի տատանումներ), մագնոններով կամ պլազմոններով: «Մենք ճանապարհ ենք բացել դեպի կիրառական ֆլոկե-ֆիզիկա, որտեղ կարելի է օգտագործել ամենատարբեր բոզոններ», — ընդգծել է հետազոտության համահեղինակ Դևիդ Բեկոնը:

Կիրառման հեռանկարները

Եթե այս տեխնոլոգիան մասշտաբավորվի, այն կարող է հանգեցնել կառավարվող քվանտային նյութերի ստեղծմանը: Նման նյութերն ընդունակ են փոխել իրենց հատկությունները «ըստ հրահանգի»՝ օրինակ, սենյակային ջերմաստիճանում դառնալ գերհաղորդիչներ, գերզգայուն սենսորներ կամ հիմք հանդիսանալ քվանտային համակարգիչների համար: Էներգախնայող էլեկտրոնիկան և գերարագ հաշվարկներն այժմ ավելի մոտ են իրականությանը:

Կարճ ասած

Ֆիզիկոսներն առաջին անգամ օգտագործել են էքսիտոնները՝ քվանտային մակարդակում նյութերի հատկությունները ժամանակավորապես փոխելու համար: Սա թույլ է տվել հասնել հզոր էֆեկտների՝ ծախսելով շատ ավելի քիչ էներգիա, քան լազերների դեպքում: Հայտնագործությունը ճանապարհ է հարթում նոր սերնդի քվանտային տեխնոլոգիաների և կառավարվող հատկություններով նյութերի ստեղծման համար: