Продолжаем погружение в науку Крымского федерального университета им. В. И. Вернадского. О научно-исследовательской работе на тему «Изготовление образцов ЖИГ для создания макета квантового процессора на магнонных кубитах» рассказывает доцент кафедры экспериментальной физики Физико-технического института Сергей Томилин.

В чём суть Вашего проекта?

— Наш проект выполнен по заказу Международного центра квантовых технологий. Это бывший российский квантовый центр, который теперь реорганизован при Сколково. Этот центр выполняет договор в области развития квантовых технологий в России – огромный проект, в котором задействовано большое количество научных подразделений, в том числе и мы. Наш коллектив растит материалы для квантовых технологий.

Мы не являемся разработчиками конечного продукта, наша задача – это создание материалов. ЖИГ – это железо-иттриевый гранат – вещество с особой кристаллической структурой, обладающее уникальными магнитными свойствами. Электроника сейчас достигла своего предела в области миниатюризации, и в данный момент идёт активный поиск альтернативных материалов и альтернативных технологий. Самыми перспективными сейчас являются квантовые технологии, а именно – создание квантовых компьютеров на кубитах (квантовых битах информации). И мы создаём этот уникальный материал – железо-иттриевый гранат – некий аналог кремния, который применяется в полупроводниковой электронике, только для квантовой электроники.

Наш проект заключался в разработке технологии синтеза плёнок железо-иттриевого граната с определёнными свойствами. У нас были очень высокие требования к качеству материалов. Нам необходимо было добиться, чтобы в качестве подложки был немагнитный гранат, а на нём плёнка – магнитный гранат. И у них должно было быть рассогласование параметров решётки – межатомного расстояния – меньше трёх сотых ангстрема. Что такое ангстрем? Это величина размером «один делить на десять в десятой метра». Для понимания: «нано» – это десять в минус девятой степени, а величина в нашем случае – на три порядка меньше. Таким образом, одна тысячная от «нано» – это одна сотая доля ангстрема. Второе требование касалось качества этих плёнок с точки зрения магнетизма: ширина линий ферромагнитного резонанса должна была быть не более трёх эрстед, а потом это требование увеличилось до двух эрстед. Это на уровне, не побоюсь этого слова, мировых аналогов. Вообще идея создания квантового компьютера на наших плёнках ЖИГ заключалось в возбуждении так называемого Бозе-Эйнштейновского конденсата. Поясню, что это такое. Есть четыре состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное и плазма. И в конце XX века открыли пятое состояние вещества, называемое «Бозе-Эйнштейновская конденсация» – когда все частицы этого конденсата находятся в одинаковом квантовом состоянии. В большинстве случаев такой Бозе-Эйнштейновский конденсат можно возбудить только при очень низких температурах, то есть на уровне жидкого гелия при температуре 4 Кельвина, а наши плёнки позволяют возбуждать Бозе-Эйнштейновский конденсат при комнатных температурах. Мы этого добились!

Насколько уникальна Ваша разработка?

— Данная технология не то чтобы узкоспециализированная, но достаточно редкая. В России такой технологией синтеза ЖИГ, наверное, не обладает никто, потому к нам обращается довольно много предприятий. Сейчас у нас готовится договор с научно-производственным предприятием «Фаза» в Ростове-на-Дону, где делают всевозможные электронные устройства, резонаторы, генераторы на плёнках ЖИГ. К нам обращаются из-за рубежа: есть контакты с Китаем, Ираном, Республикой Беларусь. За эти десять лет мы начали очень активно развиваться.

Где могут применяться такие плёнки?

— Много где. Вообще наша сфера интересов не ограничивается только синтезом плёнок железо-иттриевого граната. Мы растим большое количество разных магнитных плёнок, в частности плёнки с редкоземельными элементами, с содержанием висмута, которые используются в системах волоконно-оптической связи. На базе наших плёнок созданы дефектоскопы, которые способны обнаружить дефекты в корпусах самолётов или кораблей. На базе наших плёнок созданы приборы, которые способны визуализировать перебитые номера, например, на автомобиле или оружии. Последние наши разработки – это приборы для сверхчувствительных датчиков магнитных полей. На самом лучшем датчике, который у нас получился, мы визуализировали магнитную энцефалограмму мозга. Также на наших плёнках был создан прототип магнитнокардиографа – прибора, который позволяет не просто записать кардиограмму в виде импульса, а полностью визуализировать магнитное поле сердца. Кроме того, создавались высокочувствительные датчики для низкополевой томографии – ЯМР-томографии. У этих плёнок на самом деле большая сфера применения.

Почему Вы выбрали данное научное направление?

— На самом деле я твёрдо убежден, что физика – это, по сути, наука о природе. Мы на самом деле ничего не изобретаем и не создаём, мы пытаемся понять свойства окружающего нас мира. Наверное, я в детстве задавал слишком много вопросов, на которые очень хотелось получать ответы. И сейчас, имея некий научный уровень, я понимаю, что на самом деле эти вопросы не закончатся никогда. А значит, мне никогда не надоест заниматься наукой.