Tutkijat hallitsevat kvanttimateriaalien sähkövirtoja valolla

Nanyang Technological Universityn (NTU) tieteilijöiden johtama tutkijaryhmä on ratkaissut pitkäaikaisen haasteen kvanttimateriaalien tuottamien sähkövirtojen tarkaksi ohjaamiseksi ohjaamalla magneettikenttiä valon avulla.

Heidän löydöksensä avaavat uusia mahdollisuuksia sähkön virtauksen ohjaamiseen tällaisten materiaalien läpi ja voivat olla energiatehokkaiden kvanttitietokoneiden aikakauden alku.

Tekoälyn lisätessä laskentasovellusten kysyntää on tarpeen saada sähkö liikkumaan ilman resistanssia, jotta vältetään liiallisen lämmön muodostuminen. Nämä ilman resistanssia virtaavat sähkövirrat voisivat tasoittaa tietä uudenlaiselle pienitehoiselle elektroniikalle ja uusille kvanttilaskentateknologioille.

Yksi lupaavimmista tällaisten sähkövirtojen lähteistä ovat ultraohuet materiaalit, jotka ovat vain muutaman atomin paksuisia. Näiden kerrosten pinoaminen yhteen pienellä epäsuhdalla luo magneettisen kvanttimateriaalin, joka tunnetaan nimellä moiré Chern -ferromagneetti. Vaikka materiaalin keskusta on eristävä, elektronit liikkuvat vapaasti materiaalin reunoja pitkin, kuten autot kulkevat sileää kilparataa pitkin ilman kitkaa.

Näiden elektronien virtauksen tarkka ohjaaminen sinne, missä niitä tarvitaan, on kuitenkin haastavaa.

Elektronien liikesuunta riippuu ferromagneetin magneettikentän suunnasta. Tutkijat havaitsivat, että käyttämällä ympyräpolarisoitua valoa, joka pyörii korkkiruuvin tavoin, he pystyivät ohjaamaan elektronien virtausta muuttamalla moiré-ilmiötä aiheuttavan Chern-ferromagneetin magneettikentän suuntaa. Kun valonsäde kääntää magneettikentän suunnan "ylös" muodosta "alas", muotoon reunoja pitkin liikkuvien elektronien suunta kääntyy välittömästi myötäpäiväisestä vastapäiväiseen.

”Tällainen sähkövirtojen optinen ohjaus on houkuttelevaa, koska se mahdollistaa sähkön ohjaamisen ilman fyysisiä johtoja. Menetelmä on myös tarkka ja nopea, eikä se vaadi tilaa vieviä ulkoisia laitteita”, sanoo NTU:n sähkö- ja elektroniikkatekniikan laitoksen (EEE) professori Gao Weibo, joka oli artikkelin vastaava kirjoittaja.

”Mahdollistamalla energiatehokkaiden ohjelmoitavien sähköpiirien suunnittelun läpimurtomme avaa oven myös huomattavasti pienempään virrankulutukseen elektronisille laitteille”, sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, tohtori Cai Xiangbin, NTU:n EEE:n presidentin postdoc-tutkija.

”Työmme tasoittaa tietä muiden moiré-ilmiöön liittyvien Chern-ferromagneetteihin liittyvien ilmiöiden, kuten suprajohtavuuden, tutkimiselle, jotka ovat ratkaisevan tärkeitä kvantti-informaation prosessoinnille”, lisäsi NTU:n EEE:n tutkija, tohtori Pan Haiyang.

Seuraavassa vaiheessa tutkijat selvittävät kvantti-informaation käsittelyn kestävyyttä tämän innovaation avulla.

Aiheesta aiemmin:

Valon aiheuttama ei-vastavuoroinen magnetismi

Kohti valo-ohjattavia elektronisia komponentteja