Квантовые шрамы улучшают перенос электронов и ускоряют разработку микрочипов

На изображении показан квантовый шрам, соединённый между проводниками. Его можно контролировать с помощью так называемого нанокончика, несущего электрический заряд. Автор: Исследовательская группа Quantum Control and Dynamics, Университет Тампере

Квантовая физика часто раскрывает явления, которые бросают вызов здравому смыслу. Новая теория квантового шрамирования углубляет наше понимание связи между квантовым миром и классической механикой, проливает свет на предыдущие открытия и знаменует шаг вперёд к будущим технологическим применениям.

Квантовая механика описывает поведение материи и энергии на микроскопических масштабах, где, кажется, преобладает случайность. Однако даже в, казалось бы, хаотичных системах под поверхностью может скрываться порядок. Квантовые шрамы — один из таких примеров: это области, где электроны предпочитают перемещаться по определённым путям, а не распределяться равномерно.

Исследователи из Университета Тампере и Гарвардского университета ранее продемонстрировали в своей статье, опубликованной в «Quantum Lissajous Scars», что квантовые шрамы могут формировать сильные, отличительные паттерны в наноструктурах и что их формами даже можно управлять. Теперь исследовательская группа Quantum Control and Dynamics из подразделения физики Университета Тампере развивает эти находки дальше. В своей новой статье исследователи сообщают, что квантовые шрамы значительно усиливают перенос электронов в открытых квантовых точках, соединённых с электродами. Работа опубликована в журнале Physical Review B.

«Мы показали, что несовершенства можно превратить в функциональность. Состояния со шрамами могут, фактически, улучшать поток электронов», — объясняет докторант и ведущий автор статьи Фарташ Чалангари.

Улучшенный поток электронов позволяет осуществлять электрическую проводимость в наноразмерных компонентах — структурах, измеряемых миллиардными долями метра. Таким образом, квантовый шрам может действовать как наноразмерный переключатель, подобно новому типу транзистора. Этот прорыв открывает дверь для разработки компонентов для небольших и энергоэффективных микрочипов будущего.

Эти находки прокладывают путь для новой области, названной «шартроникой» (scartronics), где квантовые шрамы направляют проводимость наноразмерных устройств. Экспериментальные свидетельства этого явления уже наблюдались в графеновых системах, как сообщалось в исследовании с участием постдока Гарвардского университета Йонаса Кески-Рахконена, который также участвовал в текущем сотрудничестве.

«Квантовые шрамы — удивительный и поразительный пример порядка, возникающего из хаоса. Мы сейчас работаем над тем, чтобы перевести эти открытия в практические применения. Помимо продвижения разработки эффективных микрочипов, наши находки могут также поспособствовать созданию новых типов кубитов для квантовых вычислений — хотя это остаётся более отдалённой целью», — заключает профессор Эса Рясянен, глава исследовательской группы Quantum Control and Dynamics в Университете Тампере.

Больше информации: Fartash Chalangari et al, Variational scarring in open two-dimensional quantum dots, Physical Review B (2025). DOI: 10.1103/37qq-bd15

Источник: Tampere University