Открыт новый квантовый феномен, который делает непрозрачное прозрачным

Оптическая полость с «коллективом» атомов, пропускающих свет, идущий снизу.

Квант видимого света, фотон, предпочтительнее использовать в оптоволоконных системах коммуникации. Но фотон приходит к чипу, где уже «работает» электрон, движение которого генерирует паразитическое тепло. А это ведет к повышению расхода энергии, затрачиваемой на охлаждение. В качестве подложки-субстрата в чипах традиционно используется кремний, обладающий полупроводниковыми свойствами, пропуская «низкоскоростные» электроны. Понятны усилия ученых отказаться от кремния и перейти на незаслуженно отвергнутый германий, а также галлий с молибденом и даже алюминий. Последний использовали в университете Ланкастера.

С помощью «крылатого металла», алюминия в сплаве с сурьмой и галлием, англичане создали память ULTRARAM с пониженным потреблением энергии и расчетным сроком хранения данных до 1000 лет. Причем число циклов запись/удаление – более 107 раз.

Есть на севере Греции полуостров Халкидика, названный так за характерный цвет добывавшейся меди (халькозин – медный блеск, халькопирит – медный колчедан, в состав которого входит сера). Неудивительно, что молибден с серой (МоS2) получил имя дихалькосоединения. В Массачусетском технологическом институте его использовали для малобюджетного и низкотемпературного (менее 300 градусов) синтеза дисков (wafer, вафля) диаметром 200 мм. Для сравнения: сегодня кремниевые «исходники» синтезируются при 400 градусах. Новые «вафли» с MoS2 транзисторами, по мнению авторов, вполне органично вольются в силиконовое производство, постепенно заменяя кремний, получение которого дорого и экологически небезопасно.

Оптическая полость с ионами иттербия.  Иллюстрации Physorg

Одним из решений могут стать квантовые эмиттеры-излучатели в сочетании с оптическими резонаторами. Прообраз такого устройства создали в Стэнфорде и Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Авторы, с одной стороны, вспомнили первые атомные часы, в которых регистрировалось число колебаний возбужденного облака цезиевых атомов. С другой стороны, они исходили из фундаментального феномена квантовой электродинамики, возникающего в оптической полости между двумя зеркалами. Ранее в такой полости удалось измерить длину волны красного света, которая составила 984 нанометра. В Стэнфорде и Калтеке использовали «коллектив» атомов итербия, помещенных между зеркалами, отстоящими друг от друга на 20 микрон (мкм).

При освещении полости был открыт новый феномен, получивший название коллективно-индуцированная прозрачность (CIT). Он проявляется в том, что в целом непрозрачное содержимое полости вдруг – в силу интерференции световых волн – начинает пропускать свет, то есть становится прозрачным. Авторы открытия признают, что речь идет о новом фундаментальном явлении, практическое использование которого пока не просматривается.

В то же время благодаря ему, возможно, будет создана более эффективная квантовая память, работающая на ансамбле соединенных друг с другом атомов. Возможно также создание квантовых хранилищ путем манипулирования взаимодействиями атомов ванадия, что станет одним из блоков будущих квантовых компьютеров.