Fizyk z Stanford odkrył w odpadach poeksploatacyjnych w Chile naturalne kryształy herbertsmithitu o czystości znacznie przewyższającej te produkowane w laboratoriach. Materiał ten jest jednym z najpoważniejszych kandydatów na realizację stanu materii zwanego kwantową cieczą spinową i może przyspieszyć rozwój skalowalnych komputerów kwantowych.
Dr Aaron Breidenbach, który podczas doktoratu na Uniwersytecie Stanforda zajmował się syntezą kryształów Zn-barlowitu i herbertsmithitu, opisał swoje odkrycie w artykule na Medium. Współpracując z antropologiem Vicente Carrasola Vegą z Universidad de Chile oraz profesor Joseline Tapią z Universidad Católica del Norte w Antofagaście, znalazł w hałdach odpadów opuszczonej kopalni San Francisco koło Sierra Gorda na pustyni Atacama co najmniej 100 gramów zielonych, heksagonalnych kryształów.
Kryształy z pustyni "krzemem" komputerów kwantowych
To minimum dziesięciokrotnie więcej niż udało mu się wyhodować w laboratorium przez sześć lat. Kryształy zostały zidentyfikowane metodą dyfrakcji rentgenowskiej. Większość to herbertsmithit (ok. 65% w jednej z próbek), z domieszkami atacamitu i Zn-paratacamitu. Pomiary mikrosonde elektronowej wykonane wcześniej przez Michaela Scotta z University of Arizona na próbkach z tej samej kopalni wykazały stosunek miedzi do cynku 2,98:1,02, czyli bliższy idealnemu 3:1 niż w syntetykach laboratoryjnych (zazwyczaj ok. 3,15:0,85).
Naturalne kryształy mają też znacznie mniej zanieczyszczeń miedzią w warstwach dystansujących, które w materiałach laboratoryjnych zakłócają dwuwymiarowy magnetyzm sieci kagome jonów Cu²⁺. Herbertsmithit i pokrewne związki uznawane są za jedne z najlepszych kandydatów na kwantową ciecz spinową, czyli stan, w którym spiny elektronów pozostają silnie splątane nawet w bardzo niskich temperaturach, bez klasycznego porządku magnetycznego.
Breidenbach i współpracownicy z laboratorium Younga Lee niedawno opublikowali w Nature Physics wyniki, które silnie wskazują na istnienie takiego stanu w tych materiałach. Czystość naturalnych próbek może pozwolić na wyraźniejsze zaobserwowanie przerwy energetycznej i wyeliminowanie sygnałów pochodzących od zanieczyszczeń, które w labowych kryształach bywają nawet pięciokrotnie silniejsze od sygnału kwantowego.
Zobacz również:
Kryształy herbertsmithitu przewyższają jakością te z laboratoriów
W laboratorium hodowla jednego grama wymaga tygodni przygotowań, dziewięciu miesięcy wzrostu, sprzętu wartego ponad 10 tysięcy dolarów i odczynników za ok. 100 dolarów, przy skuteczności rzędu 45%. Naturalne kryształy rosną na podłożach takich jak hemimorfit, gordait czy christelit w warunkach wodnych z nadmiarem cynku, co najwyraźniej sprzyja wyższej czystości. Osiągają też większe rozmiary (nawet 20 × 10 mm), co ułatwia tworzenie interfejsów z metalami lub półprzewodnikami potrzebnymi do odczytu i zapisu stanów kwantowych.
Jak wskazują badacze, nowe odkrycie otwiera drogę do tańszej i bardziej ekologicznej produkcji materiału, który autor nazywa "krzemem komputerów kwantowych". Jednocześnie Breidenbach zapowiada drugą część historii, a mianowicie o ekologicznej tragedii związanej z niszczeniem tych unikalnych formacji przez przemysł wydobywczy na Atacamie.
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 94 tys. obserwujących nasz fanpage - polub GeekWeek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
