Germaneenin nanonauhat tasoittavat tietä kvanttilaskentaan

Jos aloitat kaksiulotteisesta nauhasta ja teet siitä kapeamman ja kapeamman, milloin se lakkaa olemasta nauha ja alkaa olla yksiulotteinen viiva? Ja mitä löytyy sen loppupäästä?

Utrechtin yliopiston ja Twenten yliopiston tutkijat tekivät yhden atomin paksuisia ultraohuita germaniumatomeista koostuvia nanonauhoja. Niillä he ovat osoittaneet, että tällä järjestelmällä on hämmästyttäviä ominaisuuksia, jotka voivat olla hyödyllisiä esimerkiksi kvanttilaskennassa.

Kaksiulotteiset topologiset eristeet ovat kandidaattimateriaaleja kvanttilaskentaan ja seuraavan sukupolven matalaenergiaelektroniikkaan. "Mutta kun yritämme tehdä laitteista pienempiä ja tehokkaampia, on keskeisiä kysymyksiä, jotka jäivät vastaamatta", sanoo Pantelis Bampoulis, yksi tutkijoista.

"Kuten mikä on pienin topologisen materiaalin koko, joka säilyttää kaksiulotteisen ominaisuutensa? Ja mitä tapahtuu, kun pienennämme sitä edelleen?" Bampoulis jatkaa.

"Työssämme teimme germaneenista nanonauhaa. Nämä ovat rakenteita, jotka ovat vain muutaman nanometrin leveitä, mutta satoja nanometrejä pitkiä. Niiden avulla tutkimme sekä teoreettisesti että kokeellisesti, kuinka topologiset reunatilat muuttuvat nauhojen kaventuessa ja kaventuessa", kertoo Ph.D opiskelija Dennis Klaassen.

Tutkijat havaitsivat, että nanonauhat säilyttävät topologiset reunatilat noin kahden nanometrin kriittiseen leveyteen asti. Tämän leveyden alapuolella tapahtuu jotain merkittävää. Reunatilat, joita normaalisti löytyy germaneenin nanonauhoista, katosivat, mutta sen sijaan ilmaantui uusia kvanttitiloja, jotka sijaitsevat nanonauhan päissä. Nämä nauhan lopun tilat on suojattu perussymmetrioilla ja ne osoittavat yksiulotteisen topologisen eristeen syntymistä.

Ultraohuen nauhan lopun nollaulotteiset (0D) tilat ovat erittäin stabiileja vikoja ja muita paikallisia epäpuhtauksia vastaan. Tämä tekee niistä täydellisen käytettäväksi kvanttisovelluksissa, esimerkiksi virheenkestävän kubitin kehittämisessä.

"Mielenkiintoista on, että nämä tilat ovat samankaltaisia kuin Majoranan nollamoodit, jotka ovat vaikeasti havaittavia hiukkasia, jotka ovat kiehtoneet tutkijoita pitkään.

Vaikka emme käsittele Majoranan nollamoodia, tutkimuksemme tarjoaa mallin tällaisten ilmiöiden tutkimiseen yksiulotteisessa materiaalissa, jossa on vahva spin-kiertorata-kytkentä", Bampoulis sanoo.

"Lisäksi valmistusprosessi antaa meille mahdollisuuden tehdä tiheitä topologisia reunatiloja, joissa virta voi kulkea ilman hävikkiä, mikä täyttää alhaisen energian elektroniikan tärkeimmät vaatimukset", Klaassen sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Voiko energiahäviö olla nolla 1,58-mitoissa?

Monimuotoisia kaksiulotteisia