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

  • 29/12/2020

    Более 200 миллионов человек узнали об исследованиях ученых ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН»

    В 2020 году новости об исследованиях ученых Красноярского научного центра СО РАН увидели более 200 миллионов человек. Самыми заметными в СМИ научными результатами стали новая гипотеза о природе Тунгусского метеорита, создание теста на клещевой энцефалит на основе светящейся бактерии и обнаружение тепловых аномалий в мерзлоте после пожаров на севере Красноярского края.
    1029
  • 16/02/2021

    Ученые Красноярского научного центра стали победителями конкурса РНФ по поддержке исследований на базе существующей научной инфраструктуры

    Два проекта ученых ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» стали победителями конкурса Российского научного фонда по поддержке исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня.
    332
  • 17/02/2021

    Роспатент перечислил главные российские изобретения в 2020 году

    Вакцина от туберкулеза, стабилизатор шасси автомобилей, более дешевый способ получения солнечной энергии, система, отличающая умного бота от человека, вошли в первую десятку изобретений за 2020 год, которой Роспатент поделился с РИА Новости.
    332
  • 09/02/2021

    В день российской науки красноярские ученые рассказали о важных итогах работы прошлого года

    В 1999 году был подписан указ Президента РФ о праздновании дня российской науки. Его отмечают 8-го февраля, в день создания Российской академии наук. Традиционно в этот день академические институты открывают свои двери для всех желающих, ученые рассказывают о результатах последних исследований.
    349
  • 26/10/2020

    Изучен комплекс лактатдегидрогеназы с оксидом железа

    ​Учёные исследовали свойства соединения фермента лактатдегидрогеназы с наночастицами оксидов металлов. Оказалось, что добавление металла делает белок устойчивее к повышенной температуре. Эти результаты важны для решения широкого спектра биохимических, биологических, фармакологических или клинических задач.
    379
  • 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.
    299
  • 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.
    350
  • 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.
    546
  • 08/04/2021

    Ученые Красноярского научного центра СО РАН расскажут школьникам про профессии будущего и первые шаги в науку

    Краевой фонд науки подвел итоги конкурса по организации проведения мероприятий по профессиональной ориентации молодежи. Два проекта ученых КНЦ СО РАН, нацеленных на привлечение школьников в науку, получили поддержку фонда.
    192
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    752