Международная группа учёных, возглавляемая специалистами Ратгерского университета в США, разработала необычный материал, объединив два слоя толщиной в один атом. Каждый из этих слоёв обладает настолько удивительными свойствами, что долгое время их считали невозможными в рамках современной квантовой физики. Работа велась четыре года, и её результаты опубликованы на сайте университета.

Первый слой материала — титанат диспрозия. Это неорганическое вещество используют в ядерных реакторах для улавливания радиоактивных частиц. Внутри него возникают так называемые магнитные монополи — редкие частицы, которых не существует в природе отдельно. Они появляются в особом состоянии, называемом «спиновый лёд», благодаря квантовым взаимодействиям. Второй слой — пирохлориридат, магнитный полуметалл, который изучают в экспериментальной физике. Он хорошо проводит электричество, необычно реагирует на магнитные поля и показывает уникальные эффекты при воздействии электромагнитных волн.

Оба материала связаны с корпускулярно-волновым дуализмом — ключевым принципом квантовой физики, лежащим в основе работы лазеров, транзисторов и МРТ-аппаратов. Их сочетание создаёт структуру с особыми электронными и магнитными свойствами, которые могут улучшить квантовые технологии, например, сделать квантовые компьютеры стабильнее или создать сверхчувствительные датчики.

Создать такой материал было непросто. Для этого учёные построили новый инструмент — Q-DiP (платформа для обнаружения квантовых явлений). Он включает инфракрасный лазер для нагрева и второй лазер для послойного формирования материала на атомном уровне. Это оборудование позволяет работать при температурах близких к абсолютному нулю (-273°C), где квантовые эффекты проявляются ярче всего. Обычно квантовые свойства видны только в крошечных масштабах, но команде удалось сохранить их и в более крупной трёхмерной структуре.