Réteges, mint a baklava – csak sokkal izgalmasabb
A króm-szulfid-bromid atomi szerkezete mindössze néhány rétegből áll, amelyek úgy helyezkednek el egymáson, mint a baklava hajszálvékony tésztalapjai. Ez az anyag egyedülálló lehetőségeket kínál adattárolásra: képes információt elraktározni elektromos töltés, fény (fotonok), mágnesesség (az elektron spinje) vagy akár rezgések (fononok) révén.
A legizgalmasabb tárolási mód azonban az excitonokon keresztül valósul meg. Exciton akkor keletkezik, amikor egy elektron lyukat hagy maga után, és ez a páros együtt szinte részecskeként viselkedik. Az excitonok a CrSBr-ben néha egyenes vonalban rendeződnek, és szokatlan mágneses tulajdonságokat mutatnak.
Mágneses csapdába zárt információ
132 Kelvin (kb. –141 °C) alatt a CrSBr rétegei mágnesesek, elektronjaik egy irányba rendeződnek, de a mágneses tér iránya rétegenként változik. Amint a hőmérséklet 132 Kelvin fölé emelkedik, a mágnesesség eltűnik, az elektronszintek rezegni kezdenek, és az excitonok szabadon vándorolnak az anyagrétegek között.
Ha azonban a réteg csupán egy atom vastagságú, az excitonok mozgása egyetlen, egydimenziós síkra korlátozódik. Ez a szigorú bezártság megakadályozza, hogy gyakran ütközzenek egymással vagy elveszítsék az általuk hordozott információt, így a kvantuminformáció sokkal tovább megőrizhető.
Lézerek és a háromdimenziós átváltozás
A kísérlet során infravörös lézerekkel összesen húsz darab, mindössze 20 femtomásodperces (20×10^-15 másodperc) impulzust irányítottak a CrSBr-re. Ez excitonokat hozott létre, majd egy második lézerrel magasabb energiaszintre „lökdösték” őket. Meglepő módon két különböző excitonállapot jött létre, pedig azonos energiájúnak kellett volna lenniük.
Az is kiderült, hogy a lézerek irányának változtatásával az excitonok egy vonalba zárhatók, vagy akár háromdimenziós hálóba is terelhetők. Ez a kontroll határozza meg, meddig maradnak stabilak az excitonok.
Négyféle kvantumtárolás – egyetlen anyagban
A CrSBr legnagyobb ígérete, hogy további kutatásokkal az excitonok mágneses gerjesztésűvé alakíthatók, így összekapcsolható az információ foton, exciton, elektron és fonon alapú feldolgozása.
A gyors mágneses kapcsolás révén akár pillanatok alatt átvihető lenne az információ a fény és a mágneses tér között. A jövő kvantumeszközei erre az egyesített tulajdonságegyüttesre épülhetnek: a fotonok továbbítják, az elektronok feldolgozzák, a mágnesesség tárolja, a fononok pedig átalakítják az információt – mindezt egyetlen, különleges anyagban.
