量子技術の進歩を期待できるさらに別の「地味な」結晶

超伝導と量子コンピューティングは SF から出てきた概念のように聞こえるかもしれませんが、現在ではそれらは世界の中心にあります。 技術的な 研究とノーベル賞。 2025 年、スウェーデン アカデミーは、未来のコンピューターの基礎となる超伝導量子回路への道を切り開いた科学者を表彰しました。しかし、これらの優れた用途の背後には大きな障害があります。その操作には絶対零度に近い極度の低温が必要であり、そこでは物理的特性が「崩壊」せずに生き残ることができる材料はほとんどありません。

からの新しい研究 スタンフォード大学、に掲載されました 科学、一般的だが比較的見過ごされている鉱物であることを示しています。 チタン酸ストロンチウム （または STO）、解決策になる可能性があります。絶対零度に近い冷却条件では、電気光学的および機械的特性が維持されるだけでなく、それらの特性が大幅に向上し、性能において既存の材料の数十倍を上回ります。結果？次世代の量子デバイスおよびフォトニックデバイスの基盤となる可能性があります。

または エレナ・ヴコビッチ電気工学の教授であり研究のリーダーである同氏は、チタン酸ストロンチウムは現在使用されている最良の材料よりも最大40倍強い電気光学効果を示すと説明しています。さらに驚くべきことは、これらの特性が低温でも低下せず、逆に強化されることです。このため、STO は、量子システムにおける通信と制御の主要コンポーネントである量子トランスデューサとスイッチの作成に最適です。

STO の「魔法」は、その非線形性にあります。電場がかかると、他のほとんどの材料では達成できない方法で光学的および機械的特性が変化します。周波数、位相、さらには屈折角においても光を制御できるこの機能は、極寒の極地でも動作できるフォトニックシステムの設計に新たな道を開きます。

さらに、 チタン酸ストロンチウム それは圧電性であり、電流を受けると形状が変化します。これは、宇宙環境のセンサーからロケット燃料タンクの機構に至るまで、冷却条件で動作する電気機械デバイスにも使用できることを意味します。 」低温では、STO は知られている中で最も光学的に調整可能な材料であるだけでなく、圧電的に最も敏感な材料でもあります。“、メモo クリストファー・アンダーソン、研究チームのメンバーであり、現在はイリノイ大学の教授です。

革新的に聞こえるかもしれませんが、STO は決して新しいものではありません。この特定の結晶は何十年にもわたって研究されており、商業的にも使用されています。 宝石のダイヤモンドの安価な代替品。 «珍しいものでも高価なものでもなく、ありふれた、ほとんど「退屈」な素材です。」と、Oは言います ジョバンニ・スクリ、ヴコビッチ研究室の博士研究員。 」それでも、極低温条件でテストしたところ、非常に優れたパフォーマンスを発揮することがわかりました。.»

STO の選択は偶然ではありませんでした。研究者らは、高度に規制された性能を達成するためにどのような「成分」が必要かを知っており、それらはすべて特定の鉱物内にすでに存在していることを発見しました。

5 ケルビン (つまり、約 -268°C) でのテストでは、チタン酸ストロンチウムは、現在最も一般的な材料であるニオブ酸リチウムより 20 倍、以前の主要な極低温材料であるチタン酸バリウムのほぼ 3 倍強い非線形性を示しました。さらに実験を進め、研究者らは結晶の酸素原子の一部を同位体で置き換え、結晶を重要な「量子」バランスに導き、性能をさらに向上させた。

の STO もう 1 つ重要な特性もあります。 製造は簡単です。人工的に合成したり、構造を変更したり、製造したりすることができます。 ウエハレベル、従来のマイクロエレクトロニクス機器を使用します。これは、研究者が特殊なプロセスや希少なリソースを必要とせずに、既存の生産ラインに直接統合できることを意味します。

業界はすでに関心を示しています。によると、 ヴコビッチ、研究は、より効率的な低温デバイスのための新しい材料を探している2社であるサムスンとグーグルの量子コンピューティングチームによって部分的に資金提供されました。次のステップは、完全に機能する STO ベースのプロトタイプを作成することだと彼は言います。

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