Kvanttiarvesta nanokytkin tai transistori?

Kvanttifysiikka paljastaa usein ilmiöitä, jotka uhmaavat maalaisjärkeä. Uusi kvanttiarpeutumisen teoria syventää ymmärrystämme kvanttimaailman ja klassisen mekaniikan välisestä yhteydestä, valaisee aiempia havaintoja ja merkitsee askelta kohti tulevaisuuden teknologisia sovelluksia.

Kvanttimekaniikka kuvaa aineen ja energian käyttäytymistä mikroskooppisella tasolla, jossa satunnaisuus näyttää vallitsevan. Silti jopa näennäisen kaoottisissa järjestelmissä pinnan alla voi olla piilotettua järjestystä.

Kvanttiarvet ovat yksi tällainen esimerkki: ne ovat alueita, joilla elektronit kulkevat mieluummin tiettyjä reittejä pitkin sen sijaan, että leviäisivät tasaisesti.

Tampereen yliopiston ja Harvardin yliopiston tutkijat osoittivat aiemmin artikkelissaan Quantum Lissajous Scars, että kvanttiarvet voivat muodostaa vahvoja, omaleimaisia ​​kuvioita nanorakenteisiin ja että niiden muotoja voidaan jopa hallita.

Nyt Tampereen yliopiston Kvanttisäätö ja dynamiikka -tutkimusryhmä vie näitä havaintoja eteenpäin. Uudessa artikkelissaan tutkijat raportoivat, että kvanttiarvet parantavat merkittävästi elektronien kuljetusta elektrodeihin kytketyissä avoimissa kvanttipisteissä.

”Olemme osoittaneet, että epätäydellisyydet voidaan muuttaa toiminnallisuudeksi. Arpeutuneet tilat voivat itse asiassa parantaa elektronien virtausta”, selittää artikkelin pääkirjoittaja tohtoriopiskelija Fartash Chalangari.

Parannettu elektronivirtaus mahdollistaa sähkönjohtavuuden nanomittakaavan komponenteissa. Tällä tavoin kvanttiarpi voi toimia nanomittakaavan kytkimenä, aivan kuten uudentyyppinen transistori. Tämä läpimurto avaa oven tulevaisuuden pienten ja energiatehokkaiden mikrosirujen komponenttien kehittämiselle.

Nämä löydökset avaavat tietä uudelle alalle nimeltä "scartronics", jossa kvanttiarvet ohjaavat nanoskaalan laitteiden johtavuutta. Kokeellisia todisteita tästä ilmiöstä on jo havaittu grafeenijärjestelmissä, kuten Harvardin yliopiston postdoc-tutkija Joonas Keski-Rahkonen tutkimuksessa raportoitiin. Hän osallistui myös nykyiseen yhteistyöhön.

”Kvanttiarvet ovat yllättävä ja silmiinpistävä esimerkki kaaoksesta nousevasta järjestyksestä. Työskentelemme nyt näiden löytöjen soveltamiseksi käytännön sovelluksiin.

Tehokkaiden mikrosirujen kehittämisen edistämisen lisäksi löydöksemme voivat myös edistää uudentyyppisten kubittien suunnittelua kvanttilaskentaan – vaikka se onkin vielä kaukaisempi tavoite”, päättää professori Esa Räsänen, Tampereen yliopiston Kvanttisäätö ja dynamiikka -tutkimusryhmän johtaja.

Aiheesta aiemmin:

Elektroniikasta 1000 kertaa nopeampaa

Kvanttirajoja hätistellen