Grafeeninauhat ja kiraalisuus kehittämään kvanttiteknologiaa

Singaporen kansallisen yliopiston (NUS) tutkijat ovat äskettäin saavuttaneet merkittävän läpimurron seuraavan sukupolven hiilipohjaisten kvanttimateriaalien kehittämisessä, mikä avaa uusia näköaloja kvanttielektroniikan kehitykselle.

Innovaatio sisältää uudentyyppisen grafeeninanonauhan (GNR), jonka nimi on Janus GNR (JGNR). Materiaalissa on ainutlaatuinen siksak-reuna, jonka toisessa reunassa on erityinen ferromagneettinen reunatila. Tämä ainutlaatuinen rakenne mahdollistaa yksiulotteisen ferromagneettisen spin-ketjun toteuttamisen, jolla voi olla tärkeitä sovelluksia kvanttielektroniikassa ja kvanttilaskennassa.

Grafeenin nanonauhat, jotka ovat kapeita nanomittakaavan hunajakennohiilirakenteiden nauhoja, osoittavat merkittäviä magneettisia ominaisuuksia johtuen parittomien elektronien käyttäytymisestä atomien π-orbitaaleissa. Suunnittelemalla niiden reunarakenteet atomisesti tarkasti siksak-järjestelyksi voidaan rakentaa yksiulotteinen spin-polarisoitu kanava.

Tämä ominaisuus tarjoaa valtavia mahdollisuuksia sovelluksille spintronisissa laitteissa tai toimimaan seuraavan sukupolven monikubittisina järjestelminä, eli kvanttilaskennan perusrakenneosina.

Apulaisprofessori Lu sanoi: "Magneettiset grafeeninanonauhat - sulautuneiden bentseenirenkaiden muodostamat kapeat grafeeninauhat - tarjoavat valtavan potentiaalin kvanttiteknologioille pitkien spin-koherenssiaikojensa ja huoneenlämpötilassa toimimisen mahdollisuuksiensa ansiosta.

Yksiulotteisen yhden siksak-reunan luominen tällaisissa järjestelmissä on pelottava, mutta olennainen tehtävä kvanttiteknologioiden useiden spin-kubittien alhaalta ylös -kokoonpanon toteuttamiseksi.

City College of New Yorkin tutkijat paljastavat magneettisessa materiaalista MnSb2Te4 kiehtovan kyvyn "virittää" ja parantaa elektronisen kuljetuksen kiraalisuutta ottamalla käyttöön vetyioneja, muokkaamaan tarpeen mukaan energiamaisemia, joita kutsutaan Weyl-solmuiksi.

Tämä löytö voisi avata laajan valikoiman uusia kvanttilaitealustoja syntyvien topologisten tilojen valjastamiseksi uuteen kiraaliseen nano-spintroniikkaan ja vikasietoiseen kvanttilaskentaan.

"Tämän työn suurin edistysaskel on suunnittelijoiden topologisten kvanttimateriaalien laajentaminen luonnon rakenteita pidemmälle.

Viritettävät topologiset kaistarakenteet, joita vety tai muut kevyet elementit helpottavat vikoihin liittyvien reittien kautta, laajentavat saavutettavissa olevien alustojen saatavuutta topologisten vaiheiden tutkimiseen ja valjastamiseen upeilla makroskooppisilla ilmiöillä, mikä saattaa avata polun uudenlaisille kiraalisuuteen perustuville toteutuksille tulevissa kvanttilaitteissa", sanoo professori Krusin-Elbaum yliopistonsa tiedotteessa.

Krusin-Elbaum ja hänen tiiminsä toteavat, että heidän osoittamansa tekniikka on hyvin yleinen ja voi viime kädessä edistää sisäisten topologisten magneettien mahdollisuuksia muuttamaan tulevaisuuden kvanttielektroniikkaa.

Aiheista aiemmin:

Hiilipohjaista kvanttitekniikkaa

Topologisen tilan kytkentä päälle ja pois