Исследователи из Квантового центра, ИТМО и МФТИ впервые показали, что коллективное поведение электронов в монослое диселенида вольфрама можно наблюдать оптически — через отклик материала на свет, без внешнего магнитного поля. Работа опубликована в Physical Review B и выполнена в рамках дорожной карты по квантовым вычислениям, которую курирует Госкорпорация «Росатом». Коллективные эффекты, когда частицы ведут себя как единая система, лежат в основе сверхпроводимости, необычного магнетизма и новых электронных состояний, необходимых для разработки будущих материалов и квантовых устройств.
Учёные наблюдали вигнеровский кристалл — состояние, в котором электроны вместо хаотического движения выстраиваются в регулярную решётку. Такое состояние возникает при сильном охлаждении (ниже –247°C) и точной настройке плотности электронов. В ИТМО разработали теоретическую модель и экспериментальный протокол, позволяющие определять период кристалла по спектрам отражения двумерного материала, который по толщине уступает человеческому волосу примерно в сто тысяч раз.
Ключевое преимущество нового подхода — почти бесконтактное наблюдение за состоянием электронов. Исследователям не нужно усложнять образец большим числом электрических контактов или использовать сильные магнитные поля, что делает изучение сильно взаимодействующих электронных систем более удобным. Как отметил Александр Чернов, один из авторов работы, появление упорядоченной структуры меняет оптический отклик материала, что даёт научному сообществу новый инструмент для изучения квантовых состояний.
В перспективе такие двумерные структуры могут стать основой для твердотельных квантовых симуляторов — платформ, помогающих моделировать поведение сложных материалов, что зачастую невозможно для классических суперкомпьютеров. Разработка относится к отечественному Квантовому проекту, реализуемому в стране с 2020 года под руководством Росатома. Результат важен для понимания процессов, от которых зависит создание новых материалов, квантовой электроники и более эффективных вычислительных устройств.
