Kvantni kristali mogli bi da pokrenu novu tehnološku revoluciju

Zamislite budućnost u kojoj fabrike mogu stvarati materijale i hemijska jedinjenja brže, uz niže troškove i sa manje koraka proizvodnje. Zamislite da vaš laptop obrađuje složene podatke za nekoliko sekundi ili superkompjuter uči i prilagođava se efikasno kao ljudski mozak. Ove mogućnosti zavise od jednog fundamentalnog faktora: kako se elektroni ponašaju unutar materijala, piše ScienceDaily.

Istraživači sa Univerziteta u Obernu su sada razvili revolucionarni tip materijala – kvantne kristale - koji omogućava naučnicima da precizno kontrolišu ove sićušne naelektrisane čestice. Njihovi nalazi, objavljeni u ACS Materials Letters, opisuju kako je tim postigao podesivu vezu između izolovanih-metalnih molekularnih kompleksa, nazvanih prekursori solvatiranih elektrona, gde elektroni nisu vezani za specifične atome već se slobodno kreću unutar otvorenih prostora.

Preporučujemo

Elektroni su centralni za skoro svaki hemijski i tehnološki proces. Oni pokreću prenos energije, vezivanje i električnu provodljivost, služeći kao osnova i za hemijsku sintezu i za modernu elektroniku. U hemijskim reakcijama, elektroni omogućavaju redoks procese, formiranje veza i katalitičku aktivnost. U tehnologiji, upravljanje načinom kretanja i interakcije elektrona leži u osnovi svega, od elektronskih kola i AI sistema do solarnih ćelija i kvantnih računara. Tipično, elektroni su ograničeni na atome, što ograničava njihovu potencijalnu upotrebu. Međutim, u materijalima poznatim kao elektridi, elektroni se kreću nezavisno, otvarajući vrata za izvanredne nove mogućnosti.

- Kad naučimo kako da kontrolišemo ove slobodne elektrone, možemo dizajnirati materijale koji rade stvari koje priroda nikada nije nameravala – rekao je dr Evangelos Miliordos, vanredni profesor hemije na Univerzitetu u Obernu i viši autor studije, koja je zasnovana na naprednom računarskom modeliranju.

Da bi to postigao, tim sa Univerziteta u Obernu kreirao je inovativne materijalne strukture nazvane „površinski imobilisani elektridi“ tako što je prekursore solvatiranih elektrona pričvrstio na stabilne površine kao što su dijamant i silicijum karbid. Ova konfiguracija čini elektronske karakteristike elektrida i izdržljivim i podesivim. Promenom načina na koji su molekuli raspoređeni, elektroni se mogu ili grupisati u izolovana „ostrva“ koja se ponašaju kao kvantni bitovi za napredno računarstvo ili se raširiti u proširena „mora“ koja podstiču složene hemijske reakcije.

Ova svestranost je ono što ovom otkriću daje transformativni potencijal. Jedna verzija bi mogla dovesti do razvoja moćnih kvantnih računara sposobnih da rešavaju probleme izvan domašaja današnje tehnologije, tj. do nove tehnološke revolucije. Druga bi mogla pružiti osnovu za najsavremenije katalizatore koji ubrzavaju esencijalne hemijske reakcije, potencijalno revolucionizujući način proizvodnje goriva, farmaceutskih proizvoda i industrijskih materijala.

- Kako naše društvo pomera granice trenutne tehnologije, potražnja za novim vrstama materijala eksplodira. Naš rad pokazuje novi put ka materijalima koji nude i mogućnosti za fundamentalna istraživanja interakcija u materiji, kao i praktične primene - rekao je dr Marselo Kuroda, vanredni profesor fizike na Univerzitetu u Obernu.

Ranije verzije elektrida bile su nestabilne i teško skalabilne. Deponovanjem direktno na čvrste površine, tim sa Univerziteta u Obernu je prevazišao ove prepreke, predlažući porodicu materijalnih struktura koje bi mogle preći iz teorijskih modela u uređaje iz stvarnog sveta.

- Ovo je fundamentalna nauka, ali ima vrlo stvarne implikacije. Govorimo o tehnologijama koje bi mogle promeniti način na koji rade računari i način na koji proizvodimo – rekao je dr Konstantin Kljukin, docent za inženjerstvo materijala.

Teoretsko istraživanje su vodili profesori sa odseka za hemiju, fiziku i inženjerstvo materijala na Univerzitetu u Obernu.

- Ovo je tek početak. Učenjem kako ukrotiti slobodne elektrone, možemo zamisliti budućnost sa bržim računarima, pametnijim mašinama i novim tehnologijama o kojima još nismo ni sanjali – dodao je dr Miliordos.

(Telegraf Nauka/ScienceDaily)