Ученые Сибирского федерального университета в составе международной группы изучили двумерные полимеры на основе тетраоксо[8]циркулена и атомов s-металлов таблицы Менделеева с помощью квантово-химического моделирования. Выяснилось, что модификация поверхности полимера тетраоксо[8]циркулена атомами кальция приводит к появлению сверхпроводимости при температуре ниже 14,5 К и возможной реализации двухуровневой системы на атомах кальция, перспективной для построения квантовых битов и последующей реализации в квантовых компьютерах. 

Статья опубликована в журнале Nanoscale. Прогресс в создании современных устройств требует разработки новых материалов с уникальными свойствами. Использование органических мономеров для формирования двумерных листов (полимеров) позволяет гибко проектировать и оптимизировать функциональные устройства, поскольку свойства таких структур зависят от типа выбранного мономера, от способа связывания мономеров в полимер и от размера полученного материала. 

Дополнительный бонус — эластичность таких материалов, по сравнению с более хрупкими неорганическими листами. Пористые органические полимеры позволяют равномерно внедрять атомы металла в свою структуру, что способствует расширению их функциональных характеристик. Ученые помещали в поры полимера атомы различных s-металлов и изучали свойства таких наноструктур.

 Вид сверху и сбоку на пористые металлоорганические пористые листы Me – тетраоксо[8]циркулена (Me = Li, Na и Ca) с двумя типами сплавления между фрагментами тетраоксо[8]циркулена. Элементарные ячейки показаны черными пунктирными линиями. Серый, красный и синий цвета соответствуют атомам углерода, кислорода и металла / ©pubs.rsc.org 
Вид сверху и сбоку на пористые металлоорганические пористые листы Me – тетраоксо[8]циркулена (Me = Li, Na и Ca) с двумя типами сплавления между фрагментами тетраоксо[8]циркулена. Элементарные ячейки показаны черными пунктирными линиями. Серый, красный и синий цвета соответствуют атомам углерода, кислорода и металла / ©pubs.rsc.org
«Наиболее интересные свойства обнаружены при модификации полимера атомами кальция, в котором удалось реализовать уникальное квантовое состояние (S = ½), что делает такие материалы перспективным для создания элементов квантовых компьютеров — кубитов. Один из ключевых параметров при построении магнитных кубитов — время жизни квантовой суперпозиции состояний, которое строго зависит от спинового состояния. Материалы с активными центрами в спиновом состоянии S = ½ считаются наиболее перспективными», – сообщила Людмила Бегунович, сотрудник Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии СФУ. 

Авторы подчеркивают, что преимущество использования в качестве кубитов металлорганического полимера заключается в том, что в отличии от традиционно предлагаемых молекулярных магнитов (металлоорганических молекул, обладающих магнитными свойствами), которые должны быть точно и упорядоченно расположены на подложке, активные центры (атомы кальция) равномерно и равноудаленно встроены в структуру полимера, что упрощает их использование при создании устройств. Кроме того, эти полимеры демонстрируют сверхпроводимость с критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние 14,5 К.

 Энергетическая молекулярная орбитальная диаграмма тетраоксо[8]циркулена, легированного s-металлами / ©pubs.rsc.org  
Энергетическая молекулярная орбитальная диаграмма тетраоксо[8]циркулена, легированного s-металлами / ©pubs.rsc.org
«Сочетание сверхпроводимости и потенциально большого времени жизни состояния спиновой суперпозиции в кальции делает такой материал особенно перспективным для применения в области обработки квантовой информации. Мы ожидаем, что сверхпроводимость может быть реализована в других ковалентных органических полимерах через механизм легирования, как это было сделано ранее в многочисленных углеродных и углеводородных кристаллах.
Сверхпроводники, изготавливаемые на основе металлорганических полимеров, обещают быть дешевле в производстве по сравнению с существующими сверхпроводниками на основе чистых металлов, сплавов и керамики, а реализация квантовых битов проще и элегантнее», – подчеркивает руководитель исследования Артем Куклин.  

Исследование поддержано Российским научным фондом (грант 19-73-10015). 

Фото: Предсказан двумерный сверхпроводящий органический полимер для применения в квантовых компьютерах / ©Getty images

Источники

Предсказан двумерный сверхпроводящий органический полимер для применения в квантовых компьютерах
Kolibri.press, 03/03/2021
Предсказан двумерный сверхпроводящий органический полимер для применения в квантовых компьютерах - Naked Science
Naked Science (naked-science.ru), 03/03/2021
Ученые предсказали двумерный сверхпроводящий органический полимер для применения в квантовых компьютерах
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 03/03/2021
Ученые предсказали двумерный сверхпроводящий органический полимер для применения в квантовых компьютерах
Сибирский федеральный университет (sfu-kras.ru), 03/03/2021
Предсказан двумерный сверхпроводящий органический полимер для применения в квантовых компьютерах
Российский научный фонд (рнф.рф), 03/03/2021
Предсказан двумерный сверхпроводящий органический полимер для применения в квантовых компьютерах
Российский научный фонд (rscf.ru), 03/03/2021
Ученые нашли перспективный материал для развития квантовых технологий
ТАСС, 03/03/2021

Похожие новости

  • 10/11/2020

    Наука молодых: в СВФУ разрабатывают алгоритмы решения задач пороупругости

    ​​​Инженер-исследователь Международной научно-исследовательской лаборатории многомасштабного математического моделирования и компьютерных вычислений Северо-Восточного федерального университета Алексей Тырылгин реализует проект по разработке алгоритмов для решения задач пороупругости в неоднородных и трещиноватых средах.
    437
  • 11/02/2021

    Учёные СФУ обсудили перспективы развития науки с депутатским корпусом

     9 февраля 2021 года победители конкурсов грантов Краевого фонда науки обсудили актуальные научные направления и перспективы развития науки в крае в рамках встречи с председателем Законодательного Собрания Дмитрием Свиридовым и заместителем председателя комитета по образованию, культуре и спорту краевого парламента Виктором Кардашовым.
    583
  • 26/02/2021

    Учёные упростили классическое решение задачи Рассеяния Ми

    Международный коллектив учёных, в состав которого вошли учёные Сибирского Федерального Университета, предложил более простой и многофункциональный метод для моделирования оптических свойств сферических наночастиц.
    726
  • 11/02/2021

    Обнаружили новый подход по созданию «наноскальпеля» для хирургии рака

    Сотрудники Сибирского федерального университета (СФУ) с коллегами исследовали нанодиски из никеля с золотым покрытием, способные избирательно повреждать раковые клетки непосредственно в организме человека под воздействием магнитного поля.
    418
  • 24/03/2021

    Учёные ТПУ нашли способ эффективнее прогнозировать свойства изотопологов диоксида хлора

    Ученые Томского политехнического университета провели исследование изотопа 35ClO2 и разработали математическую модель и программное обеспечение, которые позволяют предсказывать его характеристики в десятки раз точнее по сравнению с известными результатами.
    379
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    743
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    1661
  • 26/07/2021

    «Движущая сила науки – интерес»: физик из США в Томске изучает озон

    ​Профессор университета Центральной Флориды (США) Вячеслав Кокоулин приехал в Томский госуниверситет для работы над проектом «Озон: радиационные свойства на пороге диссоциации, процессы формирования, релаксации и распада; спектроскопическое обеспечение для моделирования спутниковых наблюдений».
    304
  • 30/03/2021

    Более 1500 абитуриентов посетили День открытых дверей в НГУ

    День открытых дверей – повод обсудить любые вопросы с представителями факультетов и приемной комиссией университета. Деканы факультетов и институтов провели презентации, на которых рассказали об особенностях учебных программ и перспективах трудоустройства.
    432
  • 25/02/2021

    Учёные СФУ рассказали, как сделать дом безопасным

    ​​Учёные Инженерно-строительного института Сибирского федерального университета выяснили, как повысить защиту зданий от проникновения почвенного радона и сделать их безопаснее. Они предложили технологию снижения радонопроницаемости цементных бетонов и растворов, которые используются в конструкции полов.
    341