Ensimmäinen topologinen kvanttipiiri

24.01.2024

Dresden-erittain-herkka-topologinen-kvanttilaite-300-t.jpgDresdenin ja Würzburgin kvanttifyysikot ovat saavuttaneet merkittävän läpimurron. He ovat luoneet puolijohderakenteen, jossa kvantti-ilmiö takaa poikkeuksellisen vahvuuden ja herkkyyden. Sen topologinen ihoefekti suojaa rakenteen toimivuutta ulkoisilta häiriöiltä, mikä mahdollistaa mittaukset ennennäkemättömällä tarkkuudella.

Tämä huomattava edistys on seurausta kontaktien fiksusta järjestelystä alumiini-gallium-arsenidin materiaalissa. Se avaa mahdollisuudet huipputarkkoihin kvanttimoduuleihin topologisessa fysiikassa ja tuo nämä materiaalit puolijohdeteollisuuden painopisteeseen.

Puolijohdepiirit ovat nykyään joka paikan kytkentäkomponentteja, jotka ohjaavat elektronivirtaa nykyelektroniikan laitteissa. Materiaalin epäpuhtaudet tai lämpötilan muutokset voivat kuitenkin häiritä elektronien virtausta, mikä johtaa epävakauteen.

Mutta nyt teoreettiset ja kokeelliset fyysikot Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat - yhteisöstä ovat kehittäneet puolijohderakenteen alumiini-gallium-arsenidista (AlGaAs), jossa elektronivirta on suojattu topologisella kvantti-ilmiöllä.

"Topologisen ihoefektin ansiosta kvanttipuolijohteen eri kontaktien välisiin virtoihin ei vaikuta epäpuhtaudet tai muut ulkoiset häiriöt. Tämä tekee topologiset rakenteet entistä kiinnostavammiksi puolijohdeteollisuudelle. Ne poistavat tarpeen erittäin korkeasta materiaalin puhtaudesta, joka nostaa tällä hetkellä elektroniikan valmistuksen kustannuksia", selittää professori Jeroen van den Brink.

Poikkeuksellisesta kestävyydestään tunnetut topologiset kvanttimateriaalit sopivat ihanteellisesti tehointensiivisiin sovelluksiin. ”Kvanttipuolijohteemme on sekä vakaa että silti erittäin tarkka – harvinainen yhdistelmä. Tämä asettaa topologisen laitteemme jännittäväksi uudeksi vaihtoehdoksi anturisuunnittelussa.

Topologisen ihoefektin hyödyntäminen mahdollistaa uudentyyppiset korkean suorituskyvyn elektroniset kvanttilaitteet, jotka voivat olla myös uskomattoman pieniä. "Topologinen kvanttirakenteemme on halkaisijaltaan noin 0,1 millimetriä, ja sitä voidaan helpositi skaalata entisestään", paljastaa van den Brink.

Tämän Dresdenin ja Würzburgin fyysikoiden ryhmän uraauurtava piirre tässä saavutuksessa on, että he olivat ensimmäiset, jotka havaitsivat topologisen ihovaikutuksen mikroskooppisessa mittakaavassa puolijohdemateriaalissa. Tämä kvantti-ilmiö osoitettiin alun perin makroskooppisella tasolla kolme vuotta sitten – mutta vain keinotekoisessa metamateriaalissa, ei luonnollisessa. Tämä on siksi ensimmäinen kerta, kun on kehitetty pieni, puolijohdepohjainen topologinen kvanttirakenteinen piiri, joka on sekä erittäin kestävä että erittäin herkkä.

”Kvanttipiirissämme virran ja jännitteen välinen suhde on suojattu topologisella ihoilmiöllä, koska elektronit ovat rajoittuneet reunaan. Vaikka puolijohdemateriaalissa olisi epäpuhtauksia, virta pysyy vakaana”, van den Brink selittää. Hän jatkaa: ”Lisäksi kontaktit voivat havaita pienimmätkin virran tai jännitteen vaihtelut. Tämä tekee topologisesta kvanttirakenteesta poikkeuksellisen sopivan pienikokoisten erittäin tarkkojen antureiden ja vahvistimien valmistukseen."

Aiheesta aiemmin:

Topologiaa optiseen kuituun

Päihittää Boltzmanin tyrannian

Kvanttimateriaaleja puolijohteiden tilalle

06.03.2025Kohti anoditonta kiintoaineakkua
06.03.2025Muoviset ja ioniset superkondensaattorit tehostuvat
05.03.2025VTT ja IQM rakensivat 50 kubitin kvanttitietokoneen
05.03.2025Uusi hiilimuoto, jolla on potentiaalia elektroniikkaan
05.03.2025Germaneenin nanonauhat tasoittavat tietä kvanttilaskentaan
04.03.2025Magneettinen kierre saa aikaan yksisuuntaisen sähkövirran
04.03.2025Kuplat, jotka rikkovat sääntöjä: Sujuva löytö, joka uhmaa logiikkaa
04.03.2025Kohti orbitaalivirtaan perustuvaa elektroniikkaa
03.03.2025Kohti neliulotteista kvanttioptiikkaa
03.03.2025Laskentaa atomien kanssa
03.03.2025Optinen muisti ja transistori optiselle laskennalle
02.03.2025Käytännöllisen kvanttilaskennan aika lähestyy
01.03.2025Ilmastomuutosten hillintää kahdella atomilla
28.02.2025Mikrokampasirut parantavat GPS-tarkkuutta tuhatkertaisesti
28.02.2025Uusi lähestymistapa elektronisten tilojen hallintaan
28.02.2025Uusia monipuolisia mittaustekniikoita
27.02.2025Valon ja aineen hybriditilat voivat parantaa OLED-kirkkautta
27.02.2025Kuinka hiilinanoputket antavat enemmän valoa kuin saavat
27.02.2025Semanttista viestintää ja tunteiden analysointia
26.02.2025Fysiikka tekoälyn perustaksi
26.02.2025Korkean suorituskyvyn katodi natrium-ioni akuille
26.02.2025Korkean entropian keramiikkaa puolijohteiden etsaustekniikkaan
26.02.2025Innovatiivinen akkuelektrodi tinavaahdosta
25.02.2025Magneettinen kytkentä ja kvantti-informaation kantajat
25.02.2025Tekoälyä ja sähköistä voimansiirtoa
25.02.2025Magnetismin rajoittamat eksitonit
24.02.2025Robotiikka etsii malleja elämästä
24.02.2025Pietsosähköisiä minidrooneja ja gepardeja
22.02.2025Kosmisen palapelin simulointia
21.02.2025Topologinen kvanttiprosessori tuo läpimurron tietojenkäsittelyyn
21.02.2025Teratavun tallennustila kuutiomillimetrille
20.02.2025Microsoftilta Majorana ykkönen
20.02.2025Innovatiivisia ratkaisuja langattomille lähettimille
20.02.2025Virittäydy 3D-tulostetun antennitekniikan mahdollisuuksiin
19.02.2025Tehostaa salaustekniikkaa kubitit kuditeiksi
19.02.2025Kun kubitit oppivat kuituoptiikan kielen
18.02.2025Ennätyksellinen kvanttitehokkuus sirujen ledeille
17.02.2025Horisontissa sähköisesti ohjelmoitava spintroniikka
17.02.2025Uusi polymeerikide johtaa sähköä kuin metalli
16.02.2025Kvanttimekaniikalla rooli fotosynteesissä ja lintujen suunnistuksessa
15.02.2025Kupariset kukat kukkivat keinolehdillä
14.02.2025Kvanttiverkot vakaammiksi yhteyksiä lisäämällä
14.02.2025Lomittumista makrotasolla
13.02.2025Atomien avulla parempia metamateriaaleja
13.02.2025Käänteinen suunnittelu pelin muuttajana fysiikassa
12.02.2025Metamateriaali piin pinnalla vauhdittaa elektroneita
12.02.2025Porttiohjattavilla kaksiulotteisilla TMD:llä spintronisia muisteja
11.02.2025Omavoimainen älyanturi poistaa haavanhoidon kivun
11.02.2025Printattavia monimolekyylisiä biosensoreita
10.02.2025Muisti-innovaatiot tasoittavat tietä EU:n tietotekniikan riippumattomuudelle
08.02.2025Vetyä vaikka merivedestä
07.02.2025Kaksin aina kaunihimpi
07.02.2025THz-aaltojen polarisaatiota moduloimaan
07.02.2025Vaihtovirtakipinöinnin ohjaamista äänellä
06.02.2025Akustisia ja magnetorisistanssin ilmiöitä
06.02.2025Nanopuolijohteista luodut valoa kiertävät materiaalit
05.02.2025Kameleonttinen sähkömagneettinen materiaali
05.02.2025Kaasut ja plasmat 3D-nanopiirien valmistuksessa
04.02.2025Katse pimeyteen
03.02.2025Rekisteri kvanttiverkkojen skaalaamiseksi
03.02.2025Kuinka polaritoni poukkoilee ohenevassa tellureenissa
01.02.2025Kohti modulaarista kvanttitietokonetta
01.02.2025Tekoäly ratkaisee osittaisdifferentiaaliyhtälöt
31.01.2025Kvanttilomittumista nanomitoissa ja valonlähteitä kvanttiteknologialle
31.01.2025Tinapohjaisten kubittien signaalit selkenevät
30.01.2025Miten voittaa litium-rikkiakun suurin haaste
30.01.2025Upotetaan piitä 2D-materiaaleihin
29.01.2025Uusi ratkaisu pidentää alumiiniakkujen käyttöikää
29.01.2025Juurista kestäviin joustaviin piireihin
28.01.2025Ympyräpolarisoidun ja kiraalisen valon hallintaa
27.01.2025Spektritunnistus jokapäiväisiin laitteisiin
27.01.2025Uusi atomipohjainen lämpötilamittaus on tarkempi
25.01.2025Hiilidioksidista proteiineja ja vitamiineja
24.01.2025Tutkijat tekevät harppauksen kvanttilaskentaan
23.01.2025Valolla magnetoitu antiferromagneetti
22.01.2025Timanttipuolijohteista löydettiin uusia ominaisuuksia
21.01.2025Kohti RF-ketjusta vapaata langattomuutta
21.01.2025Monitoiminen avaruussignaloinnin MMIC-siru
20.01.2025Metastabiilia tilaa metsästäen
20.01.2025Moire-kuviot tarjoavat nyt topologiaa
17.01.2025Kvantti-insinöörit luovat "Schrödingerin kissan" piisirulle
17.01.2025Grafeeninauhat ja kiraalisuus kehittämään kvanttiteknologiaa
16.01.2025Uudet hiukkaslöydöt voisivat viedä kvanttimekaniikkaa askeleen pidemmälle
15.01.2025Akkututkimuksia atomien ja sienien tasolla
15.01.2025Ydinvoimalla Marsiin
14.01.2025Ennätysmäistä kvanttijäähdytystä kvanttitietokoneille
14.01.2025Laajakulmanäyttö lähelle silmää
13.01.2025Jyväskylän yliopisto vetämään piikubittien hanketta
13.01.2025Uusi ultraohut johdin nanoelektroniikkaan
11.01.2025Ympäristöystävällisiä e-tektstiilejä
10.01.2025Uusia "täysoptisia" nano- ja pikovoimien antureita
10.01.2025Infrapunasensoreista aiempaa herkempiä
09.01.2025Jäähdytys muovilla ja elektroluminoivilla puolijohteilla
09.01.2025Yksisuuntaisen lämpövirran tuottaminen kvanttitasolla
09.01.2025Heteroliitos pn-diodeja Gallium-oksidista ja timantista
08.01.2025Ferrosähköllä huippunopeaa optista tiedonsiirtoa
08.01.2025Bistabiilit nanokiteet lupailevat tehokkaampaa optista laskentaa
07.01.2025Rajojen rikkominen: Kvanttikoherenssi klassisissa valojärjestelmissä
06.01.2025Hukkalämmöstä kvantti-innovaatio
03.01.2025Molekylaarisen elektronisiirron kvanttisimulaatio

Näytä lisää »