Vědci z MIT a ORNL překonali 40letý rekord: Elektronový paprsek přesně přesouvá atomy pro kvantové technologie

Tým vědců z Massachusettského technologického institutu (MIT) a Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ve Spojených státech vyvinul novou metodu, která umožňuje přesně přemisťovat desítky tisíc jednotlivých atomů v materiálu během několika minut, a to při pokojové teplotě.

Tým vědců z Massachusettského technologického institutu (MIT) a Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ve Spojených státech vyvinul novou metodu, která umožňuje přesně přemisťovat desítky tisíc jednotlivých atomů v materiálu během několika minut, a to při pokojové teplotě. Tento průlom otevírá cestu k zásadním vylepšením kvantových systémů, jako jsou detektory a senzory, a překonává téměř 40 let starý rekord.

Předchozí pokusy s manipulací atomů, jako bylo uspořádání 35 atomů pro vytvoření loga IBM před čtyřmi dekádami, trvaly hodiny a byly omezeny na dvourozměrný pohyb nebo vyžadovaly extrémně chladné laboratorní prostředí. Nová metoda od MIT a ORNL však umožňuje pohyb atomů ve třech dimenzích a za běžných teplotních podmínek, což představuje revoluci v kvantovém výzkumu a jeho aplikacích.

Výzkumníci využili vysoce výkonné mikroskopy v ORNL a sofistikované algoritmy k nasměrování elektronového paprsku s přesností několika pikometrů na cílový atom. Paprsek poté prochází materiálem po definované oscilační dráze a posouvá celé sloupce atomů na nová místa. Klíčem k úspěchu je použití minimálního počtu elektronů pro získání informací, což zajišťuje rychlost procesu a zabraňuje neúmyslnému poškození krystalu, jak vysvětlil Julian Klein, výzkumník z MIT, který projekt koncipoval a řídil.

Během experimentů se vědcům podařilo úspěšně řídit pohyb sloupců atomů chromu v polovodičovém materiálu o tloušťce 13 nanometrů. Vytvořené atomové vady, spárované s přemístěnými atomy, dodávají materiálu exotické kvantové vlastnosti. Tým dokázal vygenerovat 40 000 kvantových vad v krystalu za pouhých 40 minut, což demonstruje obrovskou škálovatelnost přístupu ve srovnání s hodinami potřebnými pro manipulaci s pouhými 35 atomy v minulosti. Frances Ross, profesorka materiálových věd a inženýrství na MIT, přirovnala tuto techniku k „fotokopírce, která dokáže vytvářet sloupce identických atomových vad“.

Tato technika pokládá základy pro programovatelnou hmotu, která by v budoucnu mohla vést k vývoji stabilních kvantových zařízení. Vědci nyní zkoumají, ve kterých dalších materiálech by tento přístup mohl fungovat, protože chrom má jedinečnou elektronovou strukturu. Přesun atomů uvnitř pevných látek umožňuje vytvářet kvantové vlastnosti v materiálech, které jsou stabilní i mimo vakuové podmínky, což by mohlo vést k „zcela nové fyzice“ vytvářením umělých struktur s miliony manipulovaných atomů.