Grafeenipohjaisia kvanttipiirejä atomien tarkkuudella

Espanjalaisten CiQUS-, ICN2-, DIPC-instituurioiden, Cantabrian yliopiston ja Tanskan teknillisen yliopiston (DTU):n tutkijat ovat yhdistäneet voimansa kehittäen monipuolisen menetelmän virittävillä ominaisuuksilla varustettujen hiilinanopiirien rakentamiseen kuin tiilistä.

Kuten juuri julkaistussa Journal of the American Chemical Society (JACS) -julkaisussa esitettiin, tämä tutkimus on merkittävä läpimurto atomiohuiden materiaalien tarkassa suunnittelussa.

Ehdotettu valmistustekniikka avaa jännittäviä uusia mahdollisuuksia materiaalitieteelle ja erityisesti tulevaisuuden elektroniset laitteet, kvanttitietokoneiden piirit ja termosähköiset nanomateriaalit uusiutuvassa energiassa.

Tämän tutkimuksen kirjoittajat syntetisoivat uuden nanohuokoisen grafeenirakenteen yhdistämällä erittäin kapeita grafeeniliuskoja, jotka tunnetaan nimellä "nanonauhat" fenyleeniosista (jotka ovat osia suuremmista molekyyleistä) tehtyjen joustavien "siltojen" avulla.

Muuttamalla jatkuvasti näiden siltojen arkkitehtuuria ja kulmaa tutkijat voivat ohjata nanonauhakanavien välistä kvanttiyhteyttä ja viime kädessä hienosäätää grafeeninanoarkkitehtuurin elektronisia ominaisuuksia. Virittävyyttä voitaisiin ohjata myös ulkoisilla ärsykkeillä, kuten jännitys- tai sähkökentillä, mikä tarjoaa mahdollisuuksia erilaisiin sovelluksiin.

Nämä uraauurtavat havainnot osoittavat, että ehdotetulla molekyylisiltastrategialla voi olla suuri vaikutus uusien materiaalien synteesiin räätälöityjen ominaisuuksien kanssa ja on tehokas työkalu kvanttipiirien toteuttamiseen.

Nämä suorittavat samanlaisiatoimintoja kuin tavanomaiset piirit mutta kvanttipiireinä ne hyödyntävät kvanttiefektejä ja -ilmiöitä. Näiden järjestelmien suunnittelu ja toteutus ovat erittäin tärkeitä kvanttitietokoneiden kehittämisen kannalta.

Mutta tässä tutkimuksessa ehdotetun lähestymistavan mahdolliset sovellukset ulottuvat tulevaisuuden elektroniikkalaitteita ja tietokoneita pidemmälle. Itse asiassa se voi johtaa myös lämpösähköisten nanomateriaalien kehittämiseen, joilla voi olla merkittävä vaikutus uusiutuvan energian tuotantoon ja hukkalämmön talteenottoon, mikä vastaa toista ratkaisevaa yhteiskunnallista haastetta.

Aiheesta aiemmin:

Uusia vahvoja perusteita grafeenielektroniikalle