У лабораторії Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі звичайна амінокислота несподівано допомогла квантовому матеріалу зберегти особливу впорядковану поведінку електронів за температури, яка раніше вважалася недосяжною. Йдеться про тантал дисульфід — матеріал із надтонких шарів завтовшки всього в три атоми. За екстремального холоду в ньому виникає так звана сумірна хвиля зарядової густини: електрони рухаються не хаотично, а узгоджено, повторюючи візерунок кристалічної ґратки.
Зазвичай такий квантовий стан зникає, щойно температура піднімається вище за мінус 57 °C. Теплові коливання атомів швидко руйнують тендітний порядок. Учені під керівництвом Сянфена Дуаня додали до шарів тантал дисульфіду молекули аргініну — однієї з двадцяти стандартних амінокислот, з яких будуються білки. Результат виявився приголомшливим: впорядкований рух електронів зберігався аж до плюс 57 °C.
Аргінін підійшов до кристалічної ґратки тантал дисульфіду як ідеальна деталь пазла. Його розмір і розподіл зарядів точно відповідали проміжкам між шарами матеріалу. Дві інші перевірені амінокислоти такого ефекту не дали. Комп'ютерні розрахунки підтвердили: саме геометричний та електронний «збіг» стабілізує квантовий стан за кімнатної і навіть підвищеної температури.
Відкриття важливе не лише для фундаментальної науки. Впорядкований рух електронів у таких матеріалах можна використовувати для створення енергоощадної пам'яті нового типу, де інформація зберігається не у звичайному заряді, а в квантових властивостях. Поки що це лише перспектива, але метод — використання молекул життя для налаштування неорганічних кристалів — відкриває новий шлях у дизайні квантових матеріалів.
Дослідники планують перевірити інші молекули й з'ясувати, чи можна таким самим способом стабілізувати надпровідність або інші квантові ефекти. Якщо підхід спрацює, то замість пошуку нових екзотичних сполук учені зможуть добирати вже відомі органічні «ключі» до потрібних неорганічних «замків».
Проста амінокислота, яка раніше асоціювалася лише з біологією, тепер допомагає квантовій фізиці вийти за межі кріогенних лабораторій.
