Кандидат в унобтаний: при получении ридберговских поляритонов драгоценные камни оказались лучше искусственных кристаллов
Используя кристаллы закиси меди, ученые получили ридберговские поляритоны рекордных параметров. Эти квазичастицы могут стать основой квантовых вычислителей, однако кристаллы требуемого качества оказалось возможным отыскать только в природе.
На первый взгляд оксид меди (I) Cu2O, или закись меди, довольно обычное вещество, особенно хорошо знакомое тем, кто имеет дело с электричеством. Он образуется при окислении меди в условиях недостатка кислорода. Эта матовая рыжеватая пленка на проводе, вместе с запахом горелой проводки — верный признак того, что провод перегрелся и потерял изоляцию, и в электросхеме что-то не так.
Однако если вырастить из этого соединения монокристалл, лягушка превращается в принцессу. Закись меди является полупроводником, который можно использовать для создания солнечных батарей и электронных компонентов. Но самое интересное — оптические свойства закиси меди, благодаря которым ее монокристаллы способны порадовать и ювелиров, и физиков. Свет определенных длин волн активно взаимодействует с атомами меди и кристаллической решеткой Cu2O, распространяясь по ней, что приводит к необычным и полезным эффектам.
Физики использовали сростки драгоценных кристаллов куприта, добытые в руднике в Намибии. Они вырезали из них пластинки толщиной 30 микрометров, покрыли пластинки полупрозрачными зеркальными слоями, сделав таким образом резонатор Фабри-Перо. Это требуется для превращения лазерного излучения в стоячую волну и усиления взаимодействия фотонов с экситонами. Затем они охладили пластинки до температуры на 1,2 градуса выше абсолютного нуля, чтобы уберечь поляритоны от разрушительного воздействия фононов, и накачивали резонатор лазерным светом с длиной волны около 590 нм. Главное квантовое число полученных ридберговских поляритонов достигало шести, что уступает рекорду для простых экситонов, но в поляритонах достигнуто впервые.
Глубина, скрывающаяся в драгоценных камнях куприта, поразительна. Темный блеск этих кристаллов скрывает в себе удивительные квантовые явления, редко встречающиеся в столь простых соединениях, а само соединение может использоваться как в примитивных устройствах начала электронной эры, так и в квантовых технологиях на самом острие прогресса.
Отметим здесь еще и уникальность ситуации использования природного сырья для высокотехнологичных научных экспериментов. В 2009 году Джеймс Кэмерон описал что-то похожее в фильме «Аватар», где землянам приходилось летать в соседнюю звездную систему за природным сверхпроводником унобтанием (unobtanium — «неполучаемый»).
Унобта́ний — ироничное название любого крайне редкого, дорогого, либо физически невозможного материала или вещества, необходимого для исполнения какой-либо задачи (употребляется в художественной литературе либо теоретических экспериментах)
Среди любителей «крепкой» фантастики такой прием не считается хорошим вкусом, поскольку и химические элементы, и образуемые ими соединения везде одни и те же, а человек изобретательнее природы в достижении целей. Нейтронные звезды и недра газовых гигантов не в счет — формы материи, существующие при сверхвысоких давлениях и магнитных полях, действительно нельзя получить в лаборатории, но они и существуют «только там». При возвращении в более привычные условия они сразу распались бы на знакомые нам соединения, кристаллические структуры и химические элементы, и как правило, с мощнейшим взрывом.
Оказывается, это представление не вполне верно. Природа располагает одним инструментом, во владении которым мы уступаем ей наголову, и который способен создавать устойчивые материалы — временем. Надеемся, что если ридберговские поляритоны в оксиде меди действительно докажут свою эффективность в качестве основы квантовых компьютеров, то способ ее получения в виде бездефектных монокристаллов будет найден, и куприт не станет унобтанием!
