Внутри графена появилось нечто, что может изменить квантовую реальность

Будущее квантовых компьютеров может опираться на материалы, о существовании которых раньше даже не догадывались. Один из таких кандидатов — уникальный двумерный оксид меди с прямоугольной кристаллической решёткой. Он не встречается в природе в 3D-форме, и именно это делает его особенно интересным.

Что это за материал и почему он важен

В последние годы наука открыла новые горизонты в области двумерных материалов. Одним из новинок стали монослои оксидов и карбидов переходных металлов. Их отличает нестандартная прямоугольная структура и особые физико-химические свойства, которые обещают революцию в спинтронике и квантовых технологиях.

Проблема одна — стабильность. Многие из таких структур просто не выдерживают даже лабораторных условий. Однако команда учёных из МИСиС, ИБХФ, Сколтеха и японского NIMS смогла это изменить.

Как графен помог стабилизировать материал

Исследователи разместили тончайший слой оксида меди в двумерную матрицу из биграфена. Благодаря этому материал сохраняет стабильную прямоугольную структуру, не разрушается и демонстрирует перспективные свойства.

"Важно, что не только сам монослой может быть стабилен, — объясняет Александр Квашнин из Сколтеха. — Мы показали, что на границе оксида меди и графена происходит связывание, которое удерживает форму даже у крошечных двумерных кластеров".

Кроме того, графен способен стабилизировать даже чистую медь — без него она не существует в плоском виде. Такой подход может стать прорывом для создания новых металлизированных двумерных структур.

Почему прямоугольная решётка — это ключ

Чтобы доказать, что именно прямоугольная решётка наиболее устойчива в условиях биграфеновой нанопоры, учёные применили эволюционный алгоритм USPEX, разработанный Артёмом Огановым. Расчёты подтвердили гипотезу — именно такая форма наиболее устойчива.

Что это значит для квантовых компьютеров

Оказалось, что полученные 2D-материалы обладают физическими свойствами, подходящими для спинтроники — направления, где квантовые состояния используются для хранения и передачи информации. Это может приблизить создание компактных и эффективных квантовых процессоров.

Уточнения

Графе́н (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом.