W laboratorium Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles zwykły aminokwas nieoczekiwanie pomógł materiałowi kwantowemu zachować szczególne uporządkowane zachowanie elektronów w temperaturze, którą wcześniej uważano za nieosiągalną. Mowa o disiarczku tantalu — materiale złożonym z ultrasmukłych warstw o grubości zaledwie trzech atomów. W ekstremalnym zimnie powstaje w nim tak zwana współmierna fala gęstości ładunku: elektrony poruszają się nie chaotycznie, lecz w sposób skoordynowany, powtarzając wzór sieci krystalicznej.
Zwykle taki stan kwantowy zanika, gdy tylko temperatura wzrośnie powyżej minus 57 °C. Drgania termiczne atomów szybko niszczą kruchy porządek. Naukowcy pod kierownictwem Xiangfenga Duana dodali do warstw disiarczku tantalu cząsteczki argininy — jednego z dwudziestu standardowych aminokwasów, z których budowane są białka. Wynik okazał się zdumiewający: uporządkowany ruch elektronów utrzymywał się aż do plus 57 °C.
Arginina pasowała do sieci krystalicznej disiarczku tantalu jak idealny element układanki. Jej rozmiar i rozkład ładunków dokładnie odpowiadały odstępom między warstwami materiału. Dwa inne sprawdzone aminokwasy nie dały takiego efektu. Obliczenia komputerowe potwierdziły: to właśnie geometryczne i elektronowe „dopasowanie” stabilizuje stan kwantowy w temperaturze pokojowej, a nawet podwyższonej.
Odkrycie jest ważne nie tylko dla nauki podstawowej. Uporządkowany ruch elektronów w takich materiałach można wykorzystać do tworzenia energooszczędnej pamięci nowego typu, w której informacja jest przechowywana nie w zwykłym ładunku, lecz we właściwościach kwantowych. Na razie to jedynie perspektywa, ale metoda — wykorzystanie cząsteczek życia do dostrajania kryształów nieorganicznych — otwiera nową drogę w projektowaniu materiałów kwantowych.
Badacze planują sprawdzić inne cząsteczki i zrozumieć, czy w ten sam sposób można stabilizować nadprzewodnictwo lub inne efekty kwantowe. Jeśli podejście się sprawdzi, to zamiast szukać nowych egzotycznych związków naukowcy będą mogli dobierać znane już organiczne „klucze” do odpowiednich nieorganicznych „zamków”.
Prosty aminokwas, który wcześniej kojarzył się wyłącznie z biologią, teraz pomaga fizyce kwantowej wyjść poza granice laboratoriów kriogenicznych.
