В лаборатории Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обычная аминокислота неожиданно помогла квантовому материалу сохранить особое упорядоченное поведение электронов при температуре, которая раньше считалась недоступной. Речь идёт о тантал дисульфиде — материале из сверхтонких слоёв толщиной всего в три атома. При экстремальном холоде в нём возникает так называемая соразмерная волна зарядовой плотности: электроны движутся не хаотично, а согласованно, повторяя рисунок кристаллической решётки.
Обычно такое квантовое состояние исчезает, едва температура поднимается выше минус 57 °C. Тепловые колебания атомов быстро разрушают хрупкий порядок. Учёные под руководством Сянфэна Дуаня добавили к слоям тантал дисульфида молекулы аргинина — одной из двадцати стандартных аминокислот, из которых строятся белки. Результат оказался поразительным: упорядоченное движение электронов сохранялось вплоть до плюс 57 °C.
Аргинин подошёл к кристаллической решётке тантал дисульфида как идеальная деталь пазла. Его размер и распределение зарядов точно соответствовали промежуткам между слоями материала. Две другие проверенные аминокислоты такого эффекта не дали. Компьютерные расчёты подтвердили: именно геометрическое и электронное «совпадение» стабилизирует квантовое состояние при комнатной и даже повышенной температуре.
Открытие важно не только для фундаментальной науки. Упорядоченное движение электронов в таких материалах можно использовать для создания энергосберегающей памяти нового типа, где информация хранится не в обычном заряде, а в квантовых свойствах. Пока это лишь перспектива, но метод — использование молекул жизни для настройки неорганических кристаллов — открывает новый путь в дизайне квантовых материалов.
Исследователи планируют проверить другие молекулы и понять, можно ли таким же способом стабилизировать сверхпроводимость или другие квантовые эффекты. Если подход сработает, то вместо поиска новых экзотических соединений учёные смогут подбирать уже известные органические «ключ» к нужным неорганическим «замкам».
Простая аминокислота, которая раньше ассоциировалась только с биологией, теперь помогает квантовой физике выйти за пределы криогенных лабораторий.
