Ученые MIT создали систему оценки коммерческого потенциала квантовых материалов

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали систему оценки потенциала масштабирования квантовых материалов, которая учитывает не только их квантовые свойства, но и стоимость, устойчивость цепочек поставок, экологический след и другие факторы.

Хотя некоторые квантовые материалы уже стали неотъемлемой частью компьютерных жестких дисков, экранов телевизоров и медицинских устройств, большинство из них никогда не выходят за пределы лабораторий. Новая система поможет исследователям сосредоточиться на материалах с наибольшим потенциалом для коммерческого применения.

Ученые оценили более 16 000 материалов и обнаружили сильную корреляцию между уровнем «квантовости» материала и его стоимостью, а также экологической вредностью. Материалы с наибольшими квантовыми флуктуациями в центрах электронов оказались наиболее дорогими и экологически опасными.

«Исследователи не всегда задумываются о стоимости или экологическом воздействии материалов, которые они изучают, — говорит соавтор работы Моуян Чэн. — Но эти факторы могут сделать их невозможными для практического применения».

Используя концепцию «квантового веса», предложенную профессором физики MIT Ляном Фу, исследователи смогли количественно оценить уровень квантовости материалов. Они идентифицировали 31 материал-кандидат, который достигает оптимального баланса между квантовой функциональностью и устойчивостью.

«Индустрия действительно хочет что-то с очень низкой стоимостью, — говорит преподаватель отдела материаловедения Эллан Сперо. — Мы знаем, что нам следует искать: материалы с высоким квантовым весом и низкой стоимостью».

Исследователи уже сотрудничают с компаниями для изучения некоторых перспективных материалов, идентифицированных в работе. Эти материалы могут найти применение в микроэлектронике следующего поколения, системах сбора энергии, медицинской диагностике и других областях.

«Солнечные элементы имеют предел эффективности 34%, но многие топологические материалы имеют теоретический предел 89%, — отмечает профессор Фу. — Если бы мы могли достичь этих пределов, вы могли бы легко заряжать свой телефон, используя тепло тела».

Исследование опубликовано в журнале Materials Today.