Kamertemperatuur kwantummateriaal gemaakt van goudatomen

Wetenschappers hebben het eerste kwantummateriaal gemaakt dat bij kamertemperatuur werkt, door goudatomen te gebruiken om een structuur te vormen die licht filtert op basis van zijn kwantumeigenschappen. Het materiaal, een kwantumstatistisch plasmonisch metakristal genoemd, is ontwikkeld door een team van de Universiteit van Cambridge en gerapporteerd in het tijdschrift Nature. Deze doorbraak kan leiden tot praktische kwantumtechnologieën die geen dure koelsystemen nodig hebben.

Het materiaal beïnvloedt licht op een manier die vergelijkbaar is met hoe halfgeleiders elektronen controleren, door fotonen te sorteren op basis van hun kwantumstatistieken. Dit betekent dat het onderscheid kan maken tussen verschillende soorten kwantumlicht, zoals enkele fotonen en paren fotonen. De prestatie is significant omdat eerdere kwantummaterialen alleen werkten bij extreem lage temperaturen, wat hun praktische toepassingen beperkte.

De onderzoekers bouwden het metakristal door goudnanodeeltjes in een precies rooster te rangschikken. Wanneer licht de structuur raakt, interageert het met plasmonen—collectieve oscillaties van elektronen—om kwantumeffecten bij kamertemperatuur te produceren. Het team toonde aan dat het materiaal licht kan filteren op basis van of het gebundeld of antibundeld is, een belangrijke kwantumeigenschap.

Deze ontwikkeling opent de deur voor kwantumapparaten zoals sensoren, communicatiesystemen en computers die in alledaagse omgevingen kunnen werken. De volgende stappen omvatten het verfijnen van het materiaal en het verkennen van het gebruik ervan in praktische kwantumcircuits. De onderzoekers geloven dat deze aanpak kan worden uitgebreid naar andere metalen en structuren, wat mogelijk leidt tot een nieuwe klasse van kamertemperatuur kwantummaterialen.