Energetická náročnosť moderných technológií patrí medzi najväčšie výzvy súčasnosti. Či už ide o smartfóny, dátové centrá, elektromobily alebo vývoj kvantových počítačov, všetky tieto zariadenia potrebujú čoraz viac energie. Odpoveď na tento problém hľadá množstvo výskumníkov a jedným z najnovších a najzaujímavejších riešení je objav nového kvantového materiálu z dielne fyzikov na Rice University.

Ich tím vedený fyzičkou Ming Yi a inžinierkou Emiliou Morosan vytvoril látku s unikátnymi vlastnosťami, ktorá by mohla slúžiť ako základ budúcich energeticky efektívnych technológií

Materiál označovaný ako Kramersov nodálny kov vznikol jemným zásahom do jeho atómovej štruktúry. Hoci úprava bola chemicky nenápadná, jej dôsledky sú prekvapivo významné. Vedci veria, že tento objav môže otvoriť cestu k novému typu elektroniky, ktorá bude nielen výkonná, ale aj extrémne úsporná. Na tému upozornil portál InterestingEngineering.

Nový druh vodivosti vďaka zmene symetrie

Celý trik spočíva v úprave vrstvenej zlúčeniny nazývanej disulfid tantalu (TaS₂). Hoci vedci do nej pridali len malé množstvo india, táto zdanlivo drobná zmena spustila zásadný posun v symetrii kryštálu. Výsledkom je špeciálny jav nazývaný Kramersov nodálny rad.

RMIT University

Elektróny v tomto materiáli sa pohybujú v oddelených prúdoch podľa svojho spinu podobne ako autá jazdiace v opačných smeroch po dvojprúdovej diaľnici. Ich dráhy zostávajú oddelené až do miesta, kde sa stretávajú v tzv. nodálnom bode. Práve tam vzniká stabilný stav, ktorý zaručuje špecifické vodivé vlastnosti. Morosan označila návrh takéhoto materiálu za náročnú výzvu, no zároveň zdôraznila, že výsledky jednoznačne potvrdili správnosť zvoleného prístupu.

Spojenie supervodivosti a topológie sľubuje revolúciu

Ešte zaujímavejšie je, že okrem svojich topologických vlastností tento materiál vykazuje aj supervodivosť. Znamená to, že dokáže viesť elektrický prúd takmer úplne bez odporu. Kombinácia supervodivosti s topológiou je mimoriadne vzácna a robí z tohto objavu výnimočného kandidáta na vývoj stabilných kvantových výpočtových platforiem a vysoko efektívnych energetických systémov.

Výskumníci testovali rôzne zloženia materiálu, aby vyladili jeho štruktúrne aj kvantové vlastnosti. Všetky výsledky si overili výpočtami z prvých princípov, ktoré potvrdili správnosť ich experimentov. Podľa riaditeľa výskumného inštitútu Smalley-Curl, profesora Junichira Kona, ide o príklad prelomového výskumu, ktorý spája fyziku, chémiu a inžinierstvo v spoločnom cieli posunúť hranice poznania.

Čítajte viac z kategórie: Novinky