Jamie Oberdick tərəfindən, Pensilvaniya Dövlət Universiteti

Robert Egan tərəfindən redaktə edilmişdir

 Redaktorların qeydləria) monoklinik təhrif dərəcəsini əks etdirən temperaturdan asılı olaraq müstəvidaxili qütbləşmənin faza-sahə simulyasiya edilmiş qiymətləri, P _x . (daxili) Faza sahəsi 1 K-də tətbiq olunan sahə altında qütbləşmə vektorlarının simulyasiyası ilə şəbəkənin həssaslığını nümayiş etdirir. b) θ = 0° və θ = 45° enmə bucağının ölçülməsi şərtlərində temperatura qarşı SHG siqnalı, 0° boyunca giriş əsas qütbləşməsi üçün φ. c) 50 K və yuxarıda tetraqonal 4 mm simmetriyanı və 50 K-dən aşağı olan monoklinik m simmetriyanı göstərən θ = 45° düşmə bucağında və 300, 50 və 8 K-də götürülmüş SHG polarimetriyası. Möhkəm xətlər nəzəriyyəyə uyğundur. Kredit: Təkmil Materiallar (2025). DOI: 10.1002/adma.202507564

Penn State tədqiqatçılarının rəhbərlik etdiyi komandanın fikrincə, klassik material üzərində yeni bir çevrilmə kvant hesablamalarını inkişaf etdirə və müasir məlumat mərkəzlərini daha enerji səmərəli edə bilər.

İlk dəfə 1941-ci ildə kəşf edilmiş barium titanat toplu və ya üçölçülü kristallarda güclü elektro-optik xüsusiyyətləri ilə tanınır. Barium titanat kimi elektro-optik materiallar elektrik və işıq arasında körpü rolunu oynayır, elektronların daşıdığı siqnalları fotonların və ya işıq hissəciklərinin daşıdığı siqnallara çevirir.

Bununla belə, verdiyi vədlərə baxmayaraq, barium titanat heç vaxt modulyatorlar, açarlar və sensorlar kimi elektro-optik cihazlar üçün sənaye standartına çevrilməmişdir. Bunun əvəzinə, xassələri barium titanatın xassələri ilə uyğun gəlməsə belə, daha sabit və istehsalı asan olan litium niobat bu rolu yerinə yetirdi. Penn State materialşünaslıq və mühəndislik professoru və Advanced Materials – da dərc olunan tədqiqatın həmmüəllifi Venkat Qopalan-a görə, barium titanatı çox nazik gərginləşdirilmiş nazik filmlərə çevirməklə bu dəyişə bilər.

“Barium titanat material elmləri cəmiyyətində ən azı kağız üzərində elektro-optika üçün çempion material kimi tanınır” dedi Qopalan. “O, otaq temperaturunda toplu, tək kristal şəklində tanınan ən böyük elektro-optik xüsusiyyət dəyərlərindən birinə malikdir. Amma kommersiyalaşdırmaya gəldikdə, o, heç vaxt sıçrayış etmədi. Bizim gördüyümüz iş onu göstərir ki, bu klassik materialı götürüb düzgün şəkildə süzəndə heç kimin mümkün hesab etmədiyi şeyləri edə bilər.”

Tənqidi olaraq, Gopalan, yeni yaradılmış materialın siqnal daşıyan elektronların siqnal daşıyan fotonlara çevrilməsini kriogen temperaturda göstəriləndən on dəfə çox yaxşılaşdırdığını söylədi. Kriogen əməliyyat superkeçirici sxemlərə əsaslanan kvant texnologiyaları üçün lazımdır. Bununla belə, uzaq kvant kompüterləri arasında məlumatın çatdırılması bu məlumatın işığa çevrilməsini tələb edir, burada otaq temperaturunda ənənəvi fiber-optikadan həqiqi kvant şəbəkələrini işə salmaq üçün istifadə oluna bilər.

Effektiv elektrik-optik çeviricilər süni intellektdən (AI) onlayn xidmətlərə qədər hər şeyi dəstəkləyən məlumat mərkəzlərində də istifadə edə bilər. Bu qurğular böyük miqdarda enerji istehlak edir, bunun çoxu sərin qalmaq üçün optik əlaqələri azaltmağa kömək edə biləcək bir problemdir. Bu qurğular sərin qalmaq üçün böyük miqdarda enerji istehlak edir. Fotonlar işıq hissəcikləri olduğundan, elektronları naqillər vasitəsilə hərəkət etdirdiyi kimi istilik əmələ gətirmədən məlumat daşıya bilirlər ki, bu da onları daha çox enerjiyə qənaət edir.

Aiden Ross, tədqiqatın həmmüəllifi və Penn State aspirantı tədqiqatçı köməkçisi, “Bütövlükdə inteqrasiya edilmiş fotonik texnologiyalar, xüsusilə süni intellekt alətlərinin sürətləndirilməsi ilə böyük həcmli məlumatların işlənməsi və ötürülməsi üçün böyük məlumat mərkəzlərindən istifadə edən şirkətlər üçün getdikcə daha cəlbedici olur” dedi.

“Əsas ideya ondan ibarətdir ki, biz elektronlardan deyil, fotonlardan istifadə edərək bu mərkəzlərə məlumat göndərə bilərik ki, bu da bizə bir çox məlumat axınını paralel olaraq göndərməyə imkan verir və bunu elektronikanın istiləşməsindən, bu cür mərkəzləri sərin saxlamaq üçün lazım olan şəffaf infrastrukturdan narahat olmadan edə bilərik.”

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Komanda barium titanatı manipulyasiya edərək, təxminən 40 nanometr qalınlığında, insan saçından minlərlə dəfə incə olan filmlər düzəltdi. Filmi başqa bir kristalda böyütməklə, tədqiqatçılar atomları yeni mövqelərə məcbur etdilər və alimlərin metastabil faza adlandırdıqları, təbii olaraq toplu formada meydana gəlməyən kristal quruluşu yaratdılar.

“Metastabil fazalar stabil versiyada olmayan xüsusiyyətlərə malik ola bilər” dedi Qopalan. “Bu halda, barium titanatın stabil fazası aşağı temperaturda elektro-optik performansının çox hissəsini itirir ki, bu da superkeçirici kubitlər tələb edən kvant tətbiqləri üçün böyük problemdir. Lakin yaratdığımız metastabil faza nəinki bu düşmənin qarşısını aldı, həm də müstəsna bir reaksiya göstərdi.”

Tədqiqatın həmmüəllifi və materialşünaslıq və mühəndislik üzrə doktorant Albert Suceava konsepsiyanı təpədə dayanan topla müqayisə etdi.

“Metastabil faza dediyimiz şey, bu materialın qəbul etmək istədiyi atomların ən aşağı enerji təşkili olmayan kristal quruluşa aiddir” dedi Suceava.

“Təbiətdə hər şey ən aşağı enerji vəziyyətində mövcud olmaq istəyir. Təpənin üzərindəki topu düşünün, o, təbii olaraq təpənin ətəyinə yuvarlanacaq. Ancaq topu qucağınıza alsanız, ona yeni bir yer verdiniz ki, o, kimsə gəlib sizə təkan verənə qədər dincələ bilər və o topu əlinizdən yıxır ki, o, təpədən aşağı yuvarlana bilsin. ən azı narahat olana qədər bu yeni quruluşu qəbul etməyi asanlaşdıran materiala bir şey.

Daha çox enerjiyə qənaət edən məlumat mərkəzləri ilə yanaşı, tapıntılar kvant hesablamasında ən böyük problemlərdən birini də həll edə bilər : kvant kompüterləri arasında məlumatın daşınması. Hazırda tədqiqatçılar tez sönən mikrodalğalı siqnallardan istifadə edirlər ki, bu da məlumatların uzun məsafələrə göndərilməsini çətinləşdirir.

“Mikrodalğalı siqnallar çipdəki kubitlər üçün işləyir, lakin onlar uzun məsafələrə ötürmə üçün dəhşətlidir” dedi Suceava. “Ayrı-ayrı kvant kompüterlərindən bir neçə kompüter üzərində yayılmış kvant şəbəkələrinə keçmək üçün məlumatı bir növ işığa çevirmək lazımdır ki, biz artıq fiber optik internet üçün istifadə olunan infraqırmızı işıq kimi uzun məsafələrə göndərməkdə çox yaxşıyıq.”

Tədqiqatın həmmüəllifi və materialşünaslıq və mühəndislik üzrə doktorluq namizədi Sankalpa Hazra, gərgin barium titanat nazik filmlər yanaşmasının geniş materiallara tətbiq oluna biləcəyini söylədi.

Bundan sonra, komanda işlərini barium titanatdan kənara çıxarmağa çalışır.

“Barium titanat ilə bu nəticəyə nail olmaq çox klassik və yaxşı öyrənilmiş material sisteminə yeni bir material dizaynı yanaşması idi” dedi Qopalan. “İndi biz bu dizayn strategiyasını daha yaxşı başa düşdükdən sonra, eyni yanaşmanı tətbiq etmək istədiyimiz bəzi daha az öyrənilmiş material sistemlərimiz var. Biz çox optimistik ki, bu sistemlərdən bəziləri hətta barium titanatından çıxan inanılmaz performansı da keçəcək.”

Daha çox məlumat: Albert Suceava və digərləri, Gərgin BaTiO ₃ İncə Filmlərində Metastabillik vasitəsilə Nəhəng Kriogen Elektro-Optik Cavab, Qabaqcıl Materiallar (2025). DOI: 10.1002/adma.202507564

Jurnal məlumatı: Təkmil materiallar 

Pensilvaniya Dövlət Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir