harika! Mühendisler, oda sıcaklığında iki boyutlu bir kuantum teknolojisi platformu geliştirdiler!
Brocade Park: Bu makale kuantum fiziği içindir
Kuantum bilgisayarın devrim niteliğinde bir teknoloji olması bekleniyor çünkü temel yapı taşı olan kübitler, klasik bilgisayarların ikili bitlerinden (0 veya 1 bit) daha fazla bilgi depolayabilir. Ancak bu özellikten yararlanmak için, bireysel kuantum durumlarına erişebilen, ölçebilen ve işleyebilen bir donanım geliştirilmelidir. Pennsylvania Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'ndan araştırmacılar şimdi iki boyutlu malzemelerdeki izole edilmiş elektron dönüşlerine dayanan yeni bir donanım platformu gösterdiler. Bu elektronlar, tek atom kalınlığında yarı iletken malzeme bor nitrürdeki kusurlar tarafından yakalanır ve araştırmacılar sistemin kuantum durumunu optik olarak tespit edebilir. Araştırma, Elektronik ve Sistem Mühendisliği Bölümü'nde yardımcı doçent olan Lee Bassett ve o sırada laboratuvarında doktora sonrası araştırma yapan Annemarie Exarhos tarafından yönetildi.
Boko Park-Science Popularization: Bassett Lab üyeleri David Hopper ve Avustralya Ulusal Üniversitesi'nden Raj Patel ve Marcus Doherty de bu araştırmaya katıldı. Bu araştırma "Nature Communications" dergisinde yayınlandı ve editör tarafından öne çıkan konulardan biri seçildi. Kuantum teknolojisini inşa etmek için pek çok potansiyel mimari vardır: Gelecek vaat eden bir sistem, elmaslardaki elektronların dönüşlerini içerir: bu dönüşler, elmasların normal kristal yapısındaki kusurlarda da tutulur, yani karbon atomları eksiktir veya başka elementlerle değiştirilir. Bu kusurlar, izole edilmiş atomlar veya moleküller gibidir ve ışıkla etkileşime girerler, böylece dönüşleri ölçülebilir ve kübit olarak kullanılabilir. Bu sistemler kuantum teknolojisi için çekicidir çünkü ultra soğuk süper iletkenlere veya vakum iyonlarına dayanan diğer prototiplerin aksine oda sıcaklığında çalışabilirler, ancak büyük elmasları kullanmanın kendi zorlukları vardır.
Üç boyutlu malzemelerde spin kullanmanın bir dezavantajı, yüzeye göre tam olarak kontrol edilememesidir. Atomik kontrol seviyesi, iki boyutlu uzayda çalışmanın nedenlerinden biridir. Belki buraya bir tur atmak, orada bir tur atmak ve birbirleriyle iletişim kurmalarına izin vermek istersiniz. Veya bir malzeme katmanını döndürmek ve etkileşime girmelerine izin vermek için üzerine iki boyutlu bir mıknatıs katmanı koymak istiyorsanız. Döndürme atomik bir düzlemle sınırlı olduğunda birçok yeni işlev üretilir. Nanoteknolojinin gelişmesiyle birlikte, mevcut iki boyutlu materyallerin kütüphanesi genişlemeye devam ediyor ve Bassett ve meslektaşları, büyük bir elmasa en çok benzeyen düzlemsel bir analog arıyor. Lafayette Üniversitesi'nde fizik profesörü yardımcı doçenti Exaho şunları söyledi: Analogun, karbon atomlarından oluşan bal peteği örgüsü olan grafen olduğunu düşünebilirsiniz, ancak burada daha çok ilgileniyoruz Kristalin elektronik özellikleridir, hangi tür atomlardan yapıldığı değil.
- Pennsylvania Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'ndan araştırmacılar şimdi iki boyutlu malzemelerdeki izole edilmiş elektron dönüşlerine dayanan yeni bir donanım platformu gösterdiler. Bu elektronlar, tek atom kalınlığında yarı iletken malzeme bor nitrürdeki kusurlar tarafından yakalanır ve araştırmacılar sistemin kuantum durumunu optik olarak tespit edebilir. Resim: Ann Sizemore Blevins
Grafen metal gibi davranır, elmas ise geniş bant aralıklı yarı iletkendir ve bu nedenle bir yalıtkan gibi davranır. Öte yandan, altıgen bor nitrür, grafen ile aynı bal peteği yapısına sahiptir, ancak elmas gibi, aynı zamanda geniş bant aralıklı bir yarı iletkendir ve iki boyutlu elektronlarda bir dielektrik katman olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Altıgen bor nitrürün (h-BN) geniş uygulaması ve iyi özellikleri nedeniyle, Bassett ve meslektaşları, pek bilinmeyen bir konuya odaklandılar: bal peteği örgüsündeki ışık yayabilen kusurlar. H-BN'nin ortalama bir kısmının lüminesans kusurları içerdiği önceden biliniyordu. Bassettin araştırma ekibi, belirli kusurlar için yayılan ışığın yoğunluğunun manyetik alandaki değişikliklerle değiştiğini ilk kez gösterdi. Bu malzemeye bir renk ışık tutarsanız, başka bir renkte fotonlar elde edersiniz. Mıknatıs, dönüşü kontrol eder ve dönüş, h-BN hatası tarafından yayılan fotonların sayısını kontrol eder.Bu, kübit olarak kullanılabilen bir sinyaldir
Hesaplamaya ek olarak, bir kuantum makinesinin kübitlerini iki boyutlu bir düzlemde inşa etmek, yakınlığa dayanan diğer potansiyel uygulamaları da gerçekleştirebilir. Kuantum sistemleri çevrelerine karşı çok hassastır, bu yüzden izole etmek ve kontrol etmek çok zordur. Öte yandan bu hassasiyet, yeni sensörler yapmak için kullanılabilir. Teoride, bu küçük dönüşler, MRI'da kullanılanlar gibi minyatür NMR dedektörleri haline gelebilir, ancak tek tek moleküller üzerinde hareket edebilir. Nükleer manyetik rezonans şu anda moleküler yapıyı incelemek için kullanılmaktadır, ancak bir kristal halinde birleşmek için milyonlarca veya milyarlarca hedef molekül gerektirir. Bunun aksine, iki boyutlu kuantum sensörleri, kimyasal reaksiyonlar ve protein katlanması gibi bireysel moleküllerin yapısını ve iç dinamiklerini ölçebilir.
Araştırmacılar, özel spinle ilgili optik özelliklere sahip olanları bulmak için h-BN kusurları üzerinde kapsamlı araştırmalar yapmış olsalar da, bu kusurların kesin doğası hala belirsizdir. Ekibin bir sonraki araştırma çabası, bazı (ancak hepsinin değil) kusurların manyetik alanlara tepki vermesini sağlayan şeyin anlaşılmasını ve ardından bu yararlı kusurları yeniden oluşturmayı içerir. Bu çalışmanın bir kısmı, Pennsylvania Üniversitesi'ndeki Singer Nanoteknoloji Merkezi ve yeni JEOL NEOARM mikroskobu tarafından desteklenecek. Yeni kol, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki tek transmisyon elektron mikroskobu. Tek tek atomları ayırt edebiliyor ve hatta araştırmacıların incelemek isteyeceği kusurlar yaratabiliyor. Bu araştırma iki ana bilimsel araştırma alanını birleştiriyor: Bir yandan, iki boyutlu materyal kütüphanesini genişletmek ve sergiledikleri fiziksel ve enerji üretim ekipmanlarını anlamak için yapılacak çok iş var. Öte yandan, iki boyutlu malzemelerde potansiyel bir oda sıcaklığı kuantum yapısı olan bu farklı kuantum yapıları da geliştirilmektedir.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Pennsylvania Üniversitesi
Referans dergi makaleleri: "Nature Communications"
DOI: 10.1038 / s41467-018-08185-8
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
