Обычный кристалл оказался идеальным для квантовых технологий при сверхнизких температурах

Инженеры Стэнфордского университета обнаружили, что титанат стронция (STO) — распространённый и недорогой кристалл — демонстрирует уникальные оптические и механические свойства при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю. В отличие от большинства материалов, чьи свойства ухудшаются на холоде, STO становится значительно лучше.

Сравнение диэлектрических и поляризационных данных для природного и изотопно-модифицированного STO. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adx8657

«Титанат стронция обладает электрооптическими эффектами в 40 раз сильнее, чем у наиболее используемого сегодня электрооптического материала. Но он также работает при криогенных температурах, что полезно для создания квантовых преобразователей и переключателей — текущих узких мест в квантовых технологиях», — пояснила старший автор исследования Елена Вучкович, профессор электротехники.

STO демонстрирует нелинейные фотонные эффекты и пьезоэлектрические свойства, что позволяет управлять светом и создавать механические устройства, работающие в экстремальном холоде. Эти характеристики делают материал перспективным для квантовых вычислений и космических технологий.

«При низкой температуре титанат стронция не только самый электрически настраиваемый оптический материал из известных, но и самый пьезоэлектрически настраиваемый», — подчеркнул соавтор Кристофер Андерсон.

Исследователи были удивлены эффективностью STO. В лабораторных тестах при 5 градусах Кельвина (-268°C) нелинейные эффекты материала оказались в 20 раз выше, чем у лучшего нелинейного оптического материала — ниобата лития.

Учёные также улучшили свойства кристалла, заменив часть атомов кислорода на его изотоп. Эта модификация увеличила управляемость материала в четыре раза.

Исследование частично финансировалось компаниями Samsung и Google, которые ищут новые материалы для развития квантовых вычислений. Команда уже работает над созданием криогенных устройств на основе титаната стронция.

Титанат стронция известен десятилетиями и используется как заменитель алмазов в бижутерии. Его доступность и совместимость с обычным производственным оборудованием делают его привлекательным для массового применения в квантовых технологиях.