Микроскоп для квантовой эпохи измеряет сразу четыре свойства материала

Физики создали микроскоп, способный за одно сканирование измерить температуру, магнетизм, структуру и электрические свойства материала — и все это с точностью до нанометров.

Светлана ЛевченкоАвтор новостей

Инновационный инструмент может проводить сканировать даже целые квантовые чипы, что обещает существенно ускорить развитие квантовых технологий.

«Это почти как обладать сверхспособностью, — говорит аспирант Лейденского университета Маттейс Рог. — Смотришь на образец и видишь не только его форму, но и электрические токи, тепло и магнетизм внутри него».

Квантовые материалы — это вещества, свойства которых можно объяснить только с помощью квантовой механики. Классическим примером являются сверхпроводники, которые способны проводить электрический ток без сопротивления. Обычно квантовые эффекты проявляются на масштабах отдельных атомов, но в квантовых материалах они наблюдаются уже на миллиметровом уровне. Почему так происходит — до сих пор загадка, ведь в таких материалах миллиарды частиц ведут себя «квантово» одновременно.

«Такие сложные процессы очень трудно описать сухой теорией, — объясняет Рог. — На мельчайших масштабах переплетается множество факторов. Поэтому так ценно то, что мы можем просто посмотреть, как эти материалы себя ведут».

Руководитель группы Кавех Лахаби отмечает: «Этот микроскоп устраняет экспериментальные ограничения, которые долгое время сдерживали изучение квантовых материалов. Это не идеализированная техника — она работает с теми системами, которые мы действительно хотим понять».

Важное преимущество нового инструмента — способность работать с неровными поверхностями. Большинство существующих микроскопов требуют идеально плоских образцов, но самые интересные эффекты часто возникают на границах материалов или на стыке двух разных квантовых веществ. Новый микроскоп справляется с неровной поверхностью чипа так же легко, как с плоским кристаллом.

С 2021 года команда проектировала и собирала прибор практически с нуля — каждый кабель паяли вручную, каждый винт закручивали сами. Микроскоп получил ласковое прозвище «Тортилья», а его техническое название — Tapping Mode SQUID-on-Tip.

Теперь инструмент выводит на рынок компания QuantaMap. «Одна из главных проблем квантовых вычислений — когда чипы работают хуже ожидаемого, и невозможно понять, какой именно компонент вышел из строя, — объясняет глава компании Йоханнес Йобст. — Наш микроскоп решает эту диагностическую задачу».

Повышение эффективности диагностики квантовых чипов существенно ускорит развитие и внедрение в реальный обиход технологий будущего — о том, какие сферы нашей жизни такие технологии изменят, мы недавно рассказывали.

• квантовый компьютер
• Физика

Поделиться