Комментирует профессор Майя Вергниори, которая возглавляет в Шербрукском университете новаторские исследования в области топологических квантовых материалов, способных произвести революцию в квантовых технологиях и стимулировать междисциплинарные инновации. В XXI веке наша зависимость от технологий на основе кремния сталкивается с серьезными проблемами, обусловленными внутренними физическими барьерами. Размер атомов накладывает ограничения на миниатюризацию устройств: Решение этих проблем может потребовать отказа от кремния — фундаментального строительного блока современных устройств. Поэтому необходимо использовать другие категории более эффективных материалов, например, квантовые материалы. Достижения в этих областях помогут разработать экологически чистые технологии, решающие насущные проблемы изменения климата и спроса на энергию. Однако поиск соединений, пригодных для квантовых приложений, среди десятков тысяч химически стабильных соединений всегда был сложной задачей. Преодоление проблемы открытия пригодных для использования квантовых материалов является ключом к разработке новых квантовых технологий. Исследовательская кафедра Canada ExcellenceЭту задачу решает Канадская кафедра передовых исследований (CERC) в области топологических квантовых материалов, возглавляемая профессором Майей Вергниори из Шербрукского университета, входящего в десятку лучших исследовательских университетов Канады и являющегося пионером в области квантовых технологий. Благодаря крупному гранту в размере $4 млн на восемь лет, CERC позволяет профессору Вергниори и ее команде проводить амбициозные исследования, направленные на развитие квантового материаловедения путем разработки топологической квантовой химии для открытия топологических материалов. Профессор Майя Вергниори занимает видное место в мировой области квантовой конденсированной материи. Среди ее выдающихся достижений — участие в создании новой области исследований — топологической квантовой химии (TQC), двукратное попадание на обложку престижного журнала Nature за свои высокоцитируемые научные работы, а также значительное признание ее вклада в науку, например, премия L'Oréal-UNESCO «Женщины в науке» в 2017 году и звание члена Американского физического общества в 2022 году. Квантовый институт (IQ) Шербрукского университета — учреждение, признанное во всем мире лидером в области квантовой науки, обладающее современным оборудованием и тесными связями с промышленностью, — представляет собой идеальную среду для междисциплинарных исследований профессора Вергниори. Ее команда, состоящая из талантливых студентов и исследователей, занимается теоретическими исследованиями и моделированием с целью разработки новых квантовых устройств и материалов. Эти усилия способствуют развитию квантового зондирования, отказоустойчивых квантовых вычислений и других передовых технологий. Уникальная междисциплинарная среда IQ для квантовых исследований будет способствовать переходу от теории к экспериментам. Исследование новых квантовых материалов с помощью топологической квантовой химииПрофессор Вергниори является первопроходцем в области топологической квантовой химии — дисциплины, объединяющей квантовую механику и материаловедение. Она обеспечивает четкий путь к пониманию электронных структур материалов, связывая их топологические свойства с химическими и орбитальными симметриями, используя теорию графов и групп. Эта новая структура улучшает наше понимание таких материалов, как топологические изоляторы и полуметаллы, объединяя внимание химиков к локальным связям и взаимодействиям с вниманием физиков к структуре электронных полос. Это позволяет нам классифицировать и предсказывать топологические фазы, способствуя открытию новых топологических материалов. Эти недавно открытые материалы проявляют уникальные электронные свойства, характеризуясь изолирующими внутренностями и проводящими поверхностями, которые очень устойчивы к дефектам и взаимодействиям. Такие характеристики обладают огромным потенциалом для применения в самых разных областях. Соединяя теорию и практические приложенияВ настоящее время переход топологических материалов к квантовым технологиям находится в зачаточном состоянии. Цель профессора Вергниори — стимулировать этот переход путем открытия новых функциональных топологических материалов. Этот междисциплинарный проект находится на стыке физики, химии и информатики. Используя топологическую квантовую химию, ее команда уже определила, что среди материалов, входящих в базу данных неорганических кристаллических структур (ICSD) — крупнейшее хранилище полностью идентифицированных неорганических кристаллических структур — около 50% проявляют топологические свойства. Электронная структура и топологические свойства этих материалов были выложены на общедоступном сайте. Несмотря на этот успех, предстоит еще много работы, и до сих пор топологическая квантовая химия опиралась на расчеты по теории функционала плотности (DFT), которые не дают результатов в материалах с сильными электронными корреляциями. Важной задачей является включение электронных корреляций в теорию и соединение открытия материалов на основе TQC с разработкой технологически полезных устройств. Это предполагает разработку новых теоретических и численных основ для изучения электронных и магнитных свойств реальных материалов в низких измерениях и создание новых метаматериалов.
Уникальные свойства топологических материалов позволяют использовать их в самых разных областях. Их устойчивые электронные состояния могут повысить эффективность микроэлектронных компонентов, улучшить работу катализаторов, усовершенствовать термоэлектрические преобразователи и привести к созданию инновационных магнитных носителей информации. Включая электронные корреляции в топологическую квантовую химию, профессор Вергниори стремится раскрыть потенциал квантовых материалов с сильными электронными взаимодействиями, таких как высокотемпературные сверхпроводники, еще больше расширяя сферу применения квантовых технологий и внося вклад в создание экологически чистых технологий. Ранее ученые продемонстрировали сверхпроводящие качества топологических изоляторов. 30.01.2025 |
Хайтек
NatComm: Найден «благородный» способ увеличить вместимость карт памяти | |
Электронику будущего можно сделать еще ме... |
Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям | |
Комментирует профессор Майя Вергниори, которая... |
Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов | |
Катайский насосный завод, который находится в&... |
Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы» | |
Исследователи из Томского политехническог... |
Science Advances: Ученые сумели подключить электроды к клеткам | |
Исследователям из Университета Линчепинга... |
Компания Xanadu представляет Aurora — первый в мире фотонный квантовый компьютер | |
Компания Xanadu представила первый в мире... |
В ТПУ создали скэффолды с эффектом памяти формы для регенерации костной ткани | |
Ученые Томского политехнического университета ... |
Квантовые открытия: как исследования бозона Хиггса расширяют границы науки | |
Кэтрин Лени из ЦЕРН комментирует последни... |
Физики разработали алгоритм для изучения запутанности в квантовых системах | |
Квантовая запутанность — явление, п... |
Small Methods: Сублимация кристаллов диарилэтена — контроль над формой | |
Фотомеханические материалы из фотохромных... |
Квантовые датчики обеспечат технологическую революцию к 2045 году | |
Квантовые датчики находятся в авангарде т... |
Новый проект ЦЕРН меняет представление о производительности и устойчивости | |
Проект Эффективный ускоритель частиц, EPA,&nbs... |
Стало известно, зачем ЕС инвестирует 24 млн евро в полупроводники | |
Европейский союз предпринимает решительные шаг... |
В МИФИ создали интеллектуальную систему контроля работы 3D-принтеров | |
Сотрудники Снежинского физико-технического инс... |
Как приручить термоядерное горение: ученые познают секреты работы с плазмой | |
Исследователи из Милана, Италия, раскрыва... |
Ученые добились длительной квантовой запутанности между молекулами | |
Исследователи из Даремского университета ... |
В Казани собрали первую в России установку для получения твердых пеллет гидратов | |
Ученые Казанского федерального университета со... |
Открыт новый полупроводник с кристаллической решеткой в виде японского узора | |
Ученые СПбГУ вместе с коллегами из У... |
VCU: Аддитивное производство удешевляет производство магнитов | |
Новое исследование изменит производство традиц... |
SciRep: Разработан новый электроимпульсный метод переработки углеволокна | |
Мир стремительно движется к развитому буд... |
Российские ученые доказали теорию акустической турбулентности | |
Исследователи нашли новый способ моделирования... |
Производство термоядерной стали: первый промышленный успех в Великобритании | |
Рабочая группа Управления по атомной энер... |
ACSSCE: Превратить биомассу в полезный ресурс поможет инновационное устройство | |
Исследователи из Университета Кюсю разраб... |
Определен точный компьютерный алгоритм для восстановления изображения плазмы | |
Ученые обнаружили, что лучше всего изучат... |
Квантовый холодильник отлично очищает рабочее пространство квантового компьютера | |
Если вы хотите решить математическую зада... |
Катализатор нового поколения: ученые ускоряют производство водорода из аммиака | |
Ученые создали катализатор для получения ... |
В ТПУ разработали сенсоры для экспресс-мониторинга полезных и токсичных веществ | |
Специальные устройства — сенсоры, к... |
Умное кольцо с камерой позволяет управлять домашними устройствами | |
В то время как умные устройства в&nb... |
AIS: Носимый робот WeaRo снизит риск травм на производстве | |
Ученые разработали инновационного мягкого носи... |
Лазерные технологии будущего помогают создать микронаноматериал за один этап | |
Сверхбыстрый лазер всегда применялся в ка... |