Optiikan ja elektroniikan yhdistää kvanttiilmiö

Kansainvälinen tutkimusryhmä, jota johtaa professori Ralph Claessen, würzburgilainen kvanttifyysikko ja ct.qmatin tiedottaja, on nyt tehnyt ratkaisevan löydön. "Olemme ensimmäistä kertaa pystyneet tuottamaan ja kokeellisesti havaitsemaan eksitoneina tunnettuja kvasihiukkasia topologisessa eristimessä. Olemme siis luoneet uuden työkalupakin  joita voidaan käyttää elektronien ohjaamiseen optisesti", Claessen sanoo. "Tästä periaatteesta voisi tulla perusta uudentyyppisille elektronisille komponenteille."

Luotto: Würzburgin yliopisto

Eksitonit ovat elektronisia kvasihiukkasia. Vaikka ne näyttävät käyttäytyvän kuin itsenäisiä hiukkasia, ne edustavat itse asiassa kiihtynyttä elektronista tilaa, joka voi syntyä vain tietyntyyppisissä kvanttiaineissa. "Loimme eksitonit kohdistamalla lyhyen valopulssin ohuelle kalvolle, joka koostuu vain yhdestä atomikerroksesta", Claessen selittää. Hänen mukaansa tässä on epätavallista, että eksitonit aktivoitiin topologisessa eristimessä - mikä ei ollut mahdollista ennen. "Tämä on avannut täysin uuden tutkimuslinjan topologisille eristeille", lisää Claessen.

Eksitoneja on tutkittu muissa kaksiulotteisissa puolijohteissa noin kymmenen vuoden ajan ja niitä on pidetty valokäyttöisten komponenttien tiedonvälittäjinä. ”Olemme ensimmäistä kertaa onnistuneet virittämään optisesti eksitonit topologisessa eristimessä. Valon ja eksitonien välinen vuorovaikutus tarkoittaa, että voimme odottaa tällaisissa materiaaleissa uusia ilmiöitä. Tätä periaatetta voitaisiin käyttää esimerkiksi kubittien luomiseen, Claessen sanoo.

Qubitit ovat kvanttisirujen laskentayksiköitä. Ne ovat paljon parempia kuin perinteiset bitit ja mahdollistavat tehtävien ratkaisemisen minuuteissa, joihin tavanomaisilla supertietokoneilla kuluisi kirjaimellisesti vuosia.i Valon käyttäminen sähköjännitteen sijasta mahdollistaa kvanttisirujen paljon nopeamman käsittelyn. Viimeisimmät havainnot antavat siis tietä tulevaisuudelle  ja uuden sukupolven valokäyttöisiä laitteita mikroelektroniikassa.

Maailmanlaajuinen asiantuntemus Würzburgista

Oikea lähtöaine on ratkaisevan tärkeää – tässä tapauksessa vismuteeni. "Se on grafeenin ihmemateriaalin raskas sisarus", sanoo Claessen, joka räätälöi topologisen eristimen ensimmäisen kerran laboratoriossa viisi vuotta sitten. "Olemme tällä alalla globaaleja johtajia", hän lisää.

”Hienollisen materiaalisuunnittelumme ansiosta vismuteenin yhden kerroksen atomit on järjestetty hunajakennoon, aivan kuten grafeeni. Erona on, että vismuteenin raskaat atomit tekevät siitä topologisen , mikä tarkoittaa, että se voi johtaa sähköä reunaa pitkin häviöttä – jopa huoneenlämmössä. Tätä ei voi tehdä grafeenilla."

Valtava potentiaali

Nyt kun tutkimusryhmä on luonut eksitoneja a  ensimmäistä kertaa huomio kiinnitetään itse kvasihiukkasiin.

Ct.qmatin tutkijat tutkivat, siirtyvätkö vismuteenin topologiset ominaisuudet eksitoneihin. Tämän todistaminen tieteellisesti on seuraava virstanpylväs, johon tutkijat ovat kiinnittäneet huomiota. Se voisi jopa tasoittaa tietä topologisten kubittien rakentamiselle, joita pidetään erityisen vankkaina ei-topologisiin vastineisiinsa verrattuna.

Lähde: Uusi virstanpylväs kevyelle elektroniikalle

Kääntää "